Биохимия в действии: ученые впервые наблюдают за движением молекул в живых клетках в реальном времени

Ученые из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге (Германия) разработали новый микроскоп, позволяющий наблюдать движение молекул в живых клетках с интервалом менее одной миллисекунды. Метод описан в журнале Nature Biotechnology.

Технология сочетает светлопольную микроскопию и спектроскопию одиночных молекул. Она фиксирует флуоресценцию каждого пикселя в поле зрения и делает снимки быстрее, чем за миллисекунду. Это позволяет наблюдать и измерять очень быстрые процессы, например, диффузию молекул, во всем образце, содержащем несколько клеток. Предыдущие методы на основе конфокальной микроскопии позволяли наблюдать лишь несколько изолированных точек в образце.

«Это настоящая визуальная биохимия, — говорит разработчик метода Мальте Вахсмут. — Мы можем отслеживать флуоресцентно меченые молекулы в целых живых клетках в 3D и видеть, как их биохимические свойства, такие как скорость взаимодействия и сродство связывания, меняются по всей клетке».

Используя новый микроскоп для изучения взаимодействия хроматина с белком HP1-α, ученые сделали неожиданное открытие. Ранее хроматин (комплекс ДНК, РНК и белков, образующий хромосомы) наблюдали в двух состояниях: плотно упакованном гетерохроматине и рыхлом эухроматине.

«В некоторых областях, которые выглядят как эухроматин, HP1-α ведет себя так, как будто находится в присутствии гетерохроматина, — отмечает Михаэль Кноп. — Это говорит о том, что хроматин может существовать и в промежуточном состоянии между гетеро- и эухроматином, которое ранее не наблюдалось в живых клетках».

Ученые полагают, что новый микроскоп поможет исследовать широкий спектр быстрых процессов: от роли гормонов роста в раке до регуляции деления клеток, передачи сигналов и формирования тканей в эмбрионе.