Червяк повернул: DIY-платформа оценивает новые молекулы за минуты

Растения — это фабрики по производству молекул. За миллионы лет эволюции они научились синтезировать множество малых молекул — одни полезны для человека, другие смертельно опасны. Учёные, ищущие новые лекарства, годами использовали «нюхательный тест» на нематодах (C. elegans), чтобы отличить полезные молекулы от вредных: наносят соединение на один конец чашки Петри, помещают туда червей и смотрят, движутся ли они к веществу или от него (процесс хемотаксиса).

Этот «артельный» метод мучительно медленный: один анализ занимает до двух часов. Команда из Института нейронаук Ву Цая при Стэнфордском университете под руководством профессора молекулярной и клеточной биологии Мириам Гудман разработала аппаратное и программное обеспечение, превращающее обычный планшетный сканер в лабораторную платформу. Она может оценивать десятки образцов для хемотаксиса за минуты. Платформа готовит 20 планшетов одновременно, размещает 4 на сканере и выполняет 80 химических анализов примерно за час.

«В "артельные" времена, даже самому опытному специалисту, при всей подготовке, потребовалось бы две недели на столько анализов», — сказала Гудман. Команда описала компоненты своей DIY-платформы и опубликовала открытый исходный код в журнале PLOS Biology.

Основная идея

Разработка платформы заняла у трио исследователей и их лабораторий более пяти лет — от замысла до публикации. В проекте «Нейро-Растительная Инициатива» участвовали эксперты в нейронауках, биологии растений и животных, лабораторных науках, механическом инженеринге и компьютерных науках.

Команда надеется, что платформа станет повсеместной и ускорит открытие перспективных молекул для медицины, биологии, агрономии и нейронаук. «В мировом сообществе, изучающем нематод, около 1200 лабораторий», — отметила Гудман. Платформа может помочь в поиске других химических веществ или определении видов бактерий, привлекающих или отпугивающих нематод.

Множество возможностей

Соавтор Сью Ри, профессор Университета штата Мичиган, изучает, как растения создают множество соединений и используют их для коммуникации со средой. Из сотен тысяч производимых растениями соединений мы очень мало знаем об их роли в природе.

«Долгое время считалось, что они нужны для защиты от вредителей или привлечения опылителей, но функции известны лишь для крошечной доли этих соединений», — говорит Ри. «С помощью этого ingenious высокопроизводительного анализа хемотаксиса я надеюсь, что мы сможем начать раскрывать эти химические загадки в большом масштабе».

Соавтор Томас Кландинин, нейробиолог, изучает, как животные используют сенсорные сигналы для выбора поведения. Его лаборатория помогла разработать метод стабилизации червей в жидкости, что позволило автоматизировать их дозирование в нужном масштабе.

«Разработка этого автоматизированного метода для изучения хемотаксиса в масштабе откроет массу новых возможностей для исследования связей между запахами и их рецепторами», — сказал Кландинин.

Следующие шаги

Далее Гудман планирует использовать изобретение в своей нейробиологической лаборатории, чтобы понять нейронную и химическую основу способности нематод отличать хорошие молекулы от плохих. Она начинает сотрудничество с исследователями из Гарварда, чтобы с помощью кальциевой визуализации записывать активность всех обонятельных нейронов червя при его движении к молекуле или от неё.

Гудман указывает, что «нюхательный тест» — это навык, присущий многим животным, включая человека. Она надеется применить эти нейробиологические открытия и к этой интригующей теме. «Форма тех связывающих карманов [рецепторов] должна быть схожей у червей и людей. Даже если они различны, это будет полезно знать», — говорит Гудман. «Это исследование, которое меня действительно вдохновляет».