Учёные создали новый метод измерения электричества в клетках
Электричество — ключевой компонент живых организмов. Разности потенциалов (напряжения) важны для биологических систем: они обеспечивают сокращение сердца и коммуникацию нейронов. Однако десятилетиями не существовало способа измерить разность потенциалов между органеллами — мембранными структурами внутри клетки — и остальной частью клетки.
Новая технология, разработанная учёными Чикагского университета, позволяет исследователям «заглянуть» внутрь клеток и увидеть, как различные органеллы используют электрические потенциалы для выполнения своих функций.
«Учёные давно замечали, что заряженные красители для окрашивания клеток накапливаются в митохондриях, — пояснил аспирант Ананд Саминатан, первый автор статьи в Nature Nanotechnology. — Но почти не проводилось работ по исследованию мембранного потенциала других органелл в живых клетках».
Лаборатория Кришнан специализируется на создании крошечных сенсоров, которые могут проникать внутрь клеток и сообщать о происходящих процессах, чтобы понять, как клетки работают и как нарушается их функция при заболеваниях. Ранее они создавали подобные устройства для изучения нейронов и лизосом.
В этот раз учёные решили использовать технику для исследования электрической активности органелл в живых клетках.
В мембранах нейронов есть белки — ионные каналы, которые служат воротами для входа и выхода заряженных ионов. Эти каналы необходимы для коммуникации нейронов. Предыдущие исследования показали, что у органелл есть похожие ионные каналы, но их роль была неясна.
Новый инструмент исследователей, названный Voltair, позволяет изучить этот вопрос. Он работает как вольтметр, измеряя разность потенциалов между двумя областями внутри клетки. Voltair создан из ДНК, что позволяет ему проникать непосредственно в клетку и достигать глубоких структур.
В первых исследованиях учёные искали мембранные потенциалы — разницу напряжений внутри органеллы и снаружи. Они обнаружили признаки таких потенциалов у нескольких органелл, например, у trans-Гольджи сети и рециклирующих эндосом, которые ранее считались не имеющими мембранных потенциалов.
«Я думаю, мембранный потенциал органелл может играть более важную роль — возможно, он помогает органеллам общаться», — сказала профессор Ямуна Кришнан, эксперт по молекулярным устройствам на основе нуклеиновых кислот.
По словам авторов, их исследования — только начало. Voltair даёт исследователям из разных областей возможность ответить на вопросы, которые раньше нельзя было даже задать. Его можно использовать даже в растениях.
«Это новое достижение, по крайней мере, начнёт дискуссии и, возможно, вдохновит на создание нового направления исследований», — сказал Саминатан.