Новая метка для электронной микроскопии: учёные модифицировали растительный белок
Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги модифицировали белок из растения Arabidopsis thaliana, часто используемого в науке. Они создали новый тип генетической метки, видимой под электронным микроскопом, что позволяет рассматривать биологические структуры с невиданной ранее детализацией.
Руководил работой нобелевский лауреат Роджер Циен, профессор фармакологии, химии и биохимии. Команда радикально переработала светопоглощающий белок из резуховидки Таля. При облучении синим светом модифицированный белок, названный "miniSOG", производит большое количество синглетного кислорода — формы молекулярного кислорода, которую можно сделать видимой с помощью электронной микроскопии (ЭМ).
Работа опубликована 5 апреля в журнале PLoS Biology. Циен был со-лауреатом Нобелевской премии по химии 2008 года за вклад в разработку и применение зелёного флуоресцентного белка (GFP), широко используемого в световой микроскопии.
Преимущества нового метода
- Высокое разрешение ЭМ: Электронная микроскопия обеспечивает до стократно более высокое полезное увеличение, чем световая микроскопия, позволяя получать изображения с разрешением в десятки нанометров.
- Решение проблемы маркировки: Существующие методы ЭМ не позволяли выделять отдельные белки на детализированных изображениях структур клетки. Метки вроде GFP были видны только в световой микроскоп с его ограниченным разрешением.
- Принцип работы: Исходный белок Arabidopsis поглощает синий свет, регулируя сигналы о количестве солнечного света. Учёные изменили его на основе атомной модели так, чтобы он преобразовывал синий свет в немного зелёной флуоресценции и много синглетного кислорода. Затем установленными методами продукция синглетного кислорода преобразуется в окрашивание ткани, видимое в электронный микроскоп.
Тестирование и перспективы
Учёные подтвердили полезность miniSOG как маркера для ЭМ:
- Визуализировали несколько хорошо изученных белков в клетках млекопитающих, нематодах и грызунах.
- Успешно пометили два нейронных белка у мышей, чьё точное местоположение ранее не было известно.
miniSOG позволит исследовать клеточные и субклеточные структуры, включая нейронные цепи, с нанометровым разрешением в многоклеточных организмах, что было затруднительно для предыдущих методов.
Комплементарность методов
Электронная микроскопия не заменит световую. Каждая техника имеет свои сильные и слабые стороны:
- ЭМ даёт снимок высокого разрешения структур в фиксированных клетках.
- Световая микроскопия (с использованием GFP) позволяет наблюдать динамику процессов в живых клетках в реальном времени.
Новый метод позволяет "поставить маячки" практически на любой белок и увидеть его локализацию с высоким разрешением ЭМ, сохраняя при этом видимость всех привычных клеточных ориентиров.