Исследование клеточного стресса для улучшения здоровья и пива

Человек — не единственный, кто страдает от стресса. Даже микроорганизмы испытывают его. Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) разработали новый метод изучения реакции отдельных биологических клеток на стрессовые ситуации. Понимание этих реакций может привести к созданию более эффективных лекарств от серьёзных заболеваний. Кроме того, исследование может помочь в варке лучшего пива.

Все живые организмы испытывают стресс в сложных условиях. Клетки и микроорганизмы обладают сложными системами адаптации к новым условиям. Они могут изменять свою структуру, поглощая или выделяя различные вещества в окружающую среду. Из-за сложности этих молекулярных процессов их изучение — трудная задача.

Исследователи из Чалмерса Даниэль Мидтведт, Эрик Олсен, Фредрик Хёк и Гэвин Джеффрис изучили, как отдельные клетки дрожжей реагируют на изменения в локальной среде — в данном случае, на повышение осмолярности (концентрации) соли. Они идентифицировали и отследили изменение соединений внутри клеток дрожжей, одним из которых был сахар глицерин. Более того, они смогли измерить точную скорость и количество глицерина, производимого разными клетками в различных стрессовых условиях. Их результаты опубликованы в Nature Communications.

«У дрожжей и бактерий очень похожие системы реагирования на стресс, что делает результаты очень интересными с медицинской точки зрения. Это может помочь нам понять, как усложнить жизнь нежелательным бактериям, вторгающимся в наш организм, — найти способ вывести из строя их защитные механизмы», — говорит Даниэль Мидтведт, исследователь в области биологической физики в Чалмерсе и ведущий автор научной статьи.

Он исследует эту тему с 2015 года и вместе с коллегами разработал вариант голографической микроскопии для изучения клеток в трёх измерениях. Метод основан на интерференционной визуализации: лазерный луч разделяется на два световых пути. Один проходит через образец клеток, другой — нет. Затем два луча снова объединяются под небольшим углом. Это позволяет считывать изменения свойств клетки через вариации фазовых сдвигов лучей.

С помощью этого метода исследования клетки учёные могут видеть, что производят различные микроорганизмы в условиях стресса, без использования традиционных стратегий с «метками». Их неинвазивная стратегия обнаруживает несколько соединений одновременно, не повреждая клетку.

Исследователи теперь планируют использовать новый метод в рамках крупного совместного проекта для изучения поглощения таргетированных биомедицинских препаратов.

«Надеюсь, мы сможем способствовать лучшему пониманию того, как лекарства воспринимаются и обрабатываются человеческими клетками. Важно иметь возможность разрабатывать новые типы лекарств в надежде лечить те болезни, которые сегодня неизлечимы», — говорит профессор Чалмерса Фредрик Хёк, возглавляющий исследовательский центр Formulaex, в котором ведущим промышленным партнёром является AstraZeneca.

Помимо пользы для медицинских исследований, улучшенные знания о влиянии стресса на клетки дрожжей могут быть ценными для пищевой и пивоваренной промышленности. «Дрожжи необходимы как для приготовления пищи, так и напитков, например, при выпечке хлеба и варке пива. Эти знания о физических характеристиках клеток дрожжей могут оказаться бесценными. Мы могли бы оптимизировать продукты именно так, как мы хотим», — говорит Даниэль Мидтведт.