Исследователи обошли биологический принцип неопределенности
Ученые из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде разработали метод, позволяющий одновременно определить положение отдельных молекул и измерить их активность и взаимодействия в одной живой клетке.
Проблема динамики в живой клетке
- Молекулы в клетках находятся в постоянном движении (рецепторы — за миллисекунды, везикулы — за секунды), что затрудняет получение их четкого "снимка" с помощью флуоресцентной микроскопии.
- Существует биологическая аналогия принципа неопределенности Гейзенберга: в живом состоянии можно наблюдать коллективное движение молекул, но сложно определить их точное положение.
- Обычные методы химической фиксации останавливают движение, но приводят к необратимой гибели клетки, искажая картину живых молекулярных паттернов.
Решение: обратимая крио-остановка
Ученые под руководством Филиппа Бастианса разработали протокол обратимой крио-остановки:
- Охлаждение: Температура живых клеток понижается до состояния крио-ареста, что полностью приостанавливает макромолекулярное движение.
- Снимок: В этом состоянии есть время для захвата высокоразрешающих изображений молекулярных паттернов.
- Нагрев: Добавление и удаление криопротектора во время охлаждения и нагрева позволяет реанимировать арестованные клетки. Биологические процессы возобновляются, и клетки продолжают жить.
Метод позволяет проводить крио-арест клеток несколько раз подряд, получая серию "снимков" для анализа динамических паттернов. "В каком-то смысле мы обошли биологический принцип неопределенности", — говорит Бастианс.
Практическое применение
Исследователи смогли зафиксировать не только положение, но и активность, и взаимодействие отдельных белков. Например, они обнаружили, что рецепторы EGF (мембранные белки, транспортирующие факторы роста и играющие важную роль в канцерогенезе) часто собираются в нанометровые кластеры на поверхности клетки. Ученые предполагают, что в кластерах рецепторы могут активироваться особенно легко, передавая более сильный сигнал роста внутрь клетки.
Планы на будущее
Следующим шагом станет усовершенствование метода для сокращения процесса охлаждения с нескольких минут до миллисекунд. Это позволит обратимо останавливать клетки без использования криопротекторов.