Обнаружение АТФ в живых клетках с помощью углеродных нанотрубок и люциферазы

Все живые клетки нуждаются в топливе для функционирования: аденозинтрифосфате (АТФ), клеточном "бензине". Его обнаружение помогает наблюдать энергетические физиологические процессы, например, сигнальные каскады или транспорт. Кроме того, истощение АТФ связано с такими заболеваниями, как болезнь Паркинсона и ишемия.

Команда Майкла С. Страно из Массачусетского технологического института (США) разработала более чувствительный, высокоразрешающий и стабильный метод детекции АТФ. Как сообщается в журнале Angewandte Chemie, метод основан на углеродных нанотрубках.

Обычно АТФ обнаруживают с помощью люциферазного анализа. Люциферазы — это ферменты, которые светлячки и другие биолюминесцентные организмы используют для генерации света. Они используют кислород для превращения субстрата люциферина в оксилюциферин, что приводит к свечению. Некоторые люциферазы используют АТФ для своих реакций. Существующий анализ сложен, требует много времени и имеет плохое соотношение сигнал/шум.

Команда MIT разработала модификацию протокола: они присоединили люциферазу к углеродным нанотрубкам. В такой форме фермент легко проникает в клетки. В присутствии люциферина и АТФ, как обычно, образуется оксилюциферин, вызывающий флуоресценцию. Интересно, что углеродные нанотрубки обычно флуоресцируют в ближней инфракрасной (nIR) области спектра, но это свечение пропорционально гасится при добавлении АТФ в реакцию с люциферазой.

Почему это происходит? "Образующийся продукт, оксилюциферин, прочно прикрепляется к нанотрубке, — объясняет Страно. — Электроны переносятся с нанотрубки на оксилюциферин, так что сама углеродная нанотрубка больше не может флуоресцировать". Уменьшение nIR-флуоресценции легко детектировать, и оно служит индикатором концентрации АТФ.

"Наш новый сенсор очень селективен к АТФ, — продолжает Страно. — Мы смогли использовать его для наблюдения за изменением концентрации АТФ во времени и пространстве в клеточной культуре".