Впервые удалось «увидеть» формирование клеточных «фабрик белка»

Исследователи из Института Скриппс впервые получили изображения формирования клеточных «фабрик белка» — рибосом. Эта работа не только является крупным техническим достижением, но и может открыть новые пути для разработки антибиотиков и методов лечения болезней, связанных с ошибками в сборке рибосом. Разработанные в исследовании методики теперь можно применять и к другим сложным задачам в изучении клеточных процессов.

Наблюдение за молекулами, из которых формируются рибосомы, было ключевой, но казавшейся почти недостижимой целью для биологов на протяжении десятилетий. Новое исследование, опубликованное 29 октября 2010 года в журнале Science, позволило получить снимки промежуточных химических стадий создания рибосомы.

Создание нового метода

Группа из Национального ресурса автоматизированной молекулярной микроскопии (NRAMM) Института Скриппс разработала новую технику — профилирование одиночных частиц для открытий (discovery single-particle profiling). Этот метод позволяет успешно визуализировать неочищенные образцы, обходя проблему необходимости предварительной очистки и идентификации молекул. Автоматизированная система захвата и обработки данных расшифровывает невероятно сложную смесь данных.

Для этого проекта компоненты рибосом были очищены из клеток бактерии Escherichia coli, а затем химически разобраны, чтобы создать раствор из этих компонентов. Их смешали вместе, быстро окрасили и визуализировали с помощью электронной микроскопии. Используя передовые алгоритмы, ученые обработали более миллиона точек данных и в итоге получили молекулярные изображения.

Сборка пазла

Команда получила изображения, которые ученые смогли сопоставить, как части пазла, с фрагментами рибосом. Это стало убедительным подтверждением того, что они действительно сняли и идентифицировали реальные химические промежуточные продукты на пути сборки рибосомы.

Дополнительное подтверждение пришло, когда исследователи визуализировали компоненты из разных временных промежутков. Визуализация этой временной серии показала, что с течением времени концентрация более крупных и сложных молекул увеличивалась, а более мелких — уменьшалась. Эти результаты соответствовали уже имевшейся ограниченной информации о хронологии этапов формирования.

Интересно, что эта работа также подтвердила существование более одного возможного пути формирования рибосомы — явление, известное как параллельная сборка, которое предполагалось более ранними исследованиями, но никогда не было окончательно подтверждено.

Долгосрочный потенциал

Полученная информация позволит в дальнейшем изучать, какие дополнительные молекулы могут присутствовать в клетках и быть необходимыми для формирования рибосом. Эти данные могут иметь важный медицинский потенциал.

Поскольку все бактерии содержат и зависят от рибосом, идентификация молекул, необходимых для их сборки, может предложить новые мишени для антибиотиков. Также есть указания на то, что некоторые заболевания, такие как анемия Даймонда-Блэкфана, могут быть вызваны, по крайней мере в некоторых случаях, ошибками в производстве рибосом.

На более фундаментальном уровне этот успешный проект доказал работоспособность методик, которые ученые могут применять для аналогичной визуализации и понимания других сложных, но критически важных клеточных процессов.