Улучшение биолюминесцентной визуализации клеток позволяет отслеживать множество целей одновременно

Визуализация живых клеток с помощью флуоресцентных белков долгое время была ключевой методикой для понимания клеточного поведения. Хотя биолюминесцентные белки имеют ряд преимуществ перед флуоресцентными, ограниченное количество цветовых вариантов затрудняло одновременное наблюдение за несколькими целями.

Исследователи из SANKEN (Института научных и промышленных исследований) при Университете Осаки разработали метод, расширяющий цветовую палитру биолюминесцентного белка до 20 различных цветов, что позволяет проводить продвинутую одновременную многоцветную визуализацию.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Оптические методы мечения позволяют ученым наблюдать за поведением клеток, отслеживать их судьбу и идентифицировать клетки с определенными признаками. В то время как флуоресцентные белки широко используются для этих целей, биолюминесцентные белки набирают популярность благодаря своим уникальным преимуществам.

Биолюминесценция — естественное излучение света живыми организмами — обеспечивается химической реакцией, катализируемой ферментом, обычно люциферазой, действующей на биолюминесцентный субстрат.

В отличие от флуоресцентных белков, биолюминесцентные не требуют внешнего света для возбуждения, что позволяет избежать таких проблем, как фотоповреждение и фоновый свет. Однако их использование ограничивалось малым количеством доступных цветов. Наличие четко различимых цветов критически важно для одновременного отслеживания нескольких целей.

Ранее была создана пятицветная серия биолюминесцентных меток путем слияния одной из самых ярких люцифераз, NanoLuc, с флуоресцентным белком. Эта методика использует перенос энергии возбужденного состояния от субстрата к флуоресцентному белку, изменяя цвет биолюминесценции.

Хотя и эффективная, эта пятицветная палитра была недостаточна для более сложных задач визуализации. Исследователи из Университета Осаки решили эту проблему, расширив биолюминесцентную палитру до 20 цветов.

«Вместо слияния NanoLuc с одним флуоресцентным белком мы слили его с двумя», — говорит ведущий автор Мицуюру Хаттори. «Этот подход позволил нам получить гораздо более широкий спектр цветов биолюминесценции за счет тонкой настройки комбинаций флуоресцентных белков».

Исследователи достигли значительного прогресса со своими новыми биолюминесцентными белковыми метками. Они получили единичное изображение смеси клеток, экспрессирующих все 20 биолюминесцентных белков, использовали метки для визуализации различных субклеточных компонентов и даже продемонстрировали их работоспособность на живых мышах.

Кроме того, они успешно провели покадровые наблюдения за поведением клеток в течение нескольких часов, одновременно отслеживая семь различных меток.

«По-настоящему захватывает то, что мы смогли одновременно детектировать все 20 цветов без какой-либо временной задержки, используя стандартную камеру смартфона», — объясняет старший автор Такэхару Нагаи. «Эта инновация значительно упрощает и удешевляет мониторинг нескольких целей или отслеживание отдельных клеток в популяции».

Эти новые биолюминесцентные цвета имеют потенциал для революции в отслеживании клеточной судьбы, позволяя получить представление о том, как клетки развиваются в определенные типы, и идентифицировать клетки с уникальными реакциями на лекарства.