Новая система генетических репортёров с штрихкодами для электронной микроскопии
Немецкие исследователи разработали новый генетический репортёрный метод для визуализации клеточных процессов с помощью электронной микроскопии (ЭМ). Система позволяет наблюдать активность генов и структуры, которые ранее были невидимы.
Проблема существующих методов
Электронная микроскопия обеспечивает разрешение на субнанометровом уровне, позволяя различать такие структуры, как митохондрии или связи между нейронами. Однако многие динамические процессы внутри клеток остаются скрытыми. Профессор Гил Грегор Вестмайер (TUM, Институт синтетической биомедицины в Helmholtz Munich) сравнивает это с картой города, которая показывает дороги, но не даёт информации о трафике, работе светофоров или ремонтных работах.
Принцип работы новой системы
Исследователи создали генетическую репортёрную систему на основе белковых капсул — EMcapsulins. Их ключевые особенности:
- Самосборка в клетках: Генетические конструкции встраиваются в целевые гены, и клетки сами производят репортёрные белки при активации этих генов.
- Визуализация в ЭМ: В капсулы встроены металл-связывающие белки, что делает их видимыми под электронным микроскопом в виде концентрических кругов разного размера.
- Идентификация по штрихкодам: Различные размеры капсул действуют как уникальные штрихкоды, которые можно быстро распознать с помощью искусственного интеллекта.
Возможности применения
Новая система открывает несколько перспектив:
- Визуализация невидимого: Метод позволяет увидеть структуры, обычно неразличимые в ЭМ, например, электрические синапсы между нейронами или рецепторы на поверхности раковых и T-клеток.
- Мультиметодный подход: Если наделить EMcapsulins флуоресцентными свойствами, можно сначала наблюдать динамику процессов в живой ткани с помощью световой микроскопии, а затем детально изучать интересующие структуры под электронным микроскопом.
- Создание сенсоров: В будущем репортёрные белки могут быть использованы как сенсоры, меняющие структуру при активации клетки. Это поможет лучше понять взаимосвязь между функцией и структурой клетки, что важно для изучения болезней и создания терапевтических клеток и тканей.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.