Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
15 ноября 2018, четверг, 15:26
Facebook Twitter VK.com Telegram

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

Флуоресцентные белки позволяют изучать локализацию белков в клетке и в организме

Модифицированные E. coli, вырабатывающие белок GFP
Модифицированные E. coli, вырабатывающие белок GFP
Всеволод Белоусов
 

16 мая 2013 года состоялась очередная лекция в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру». Биолог Всеволод Вадимович Белоусов – заведующий Группой биологии активных форм кислорода Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН – выступил с лекцией на тему: «Флуоресцентные белки и биосенсоры».

Механизм флуоресценции состоит в том, что, когда молекула поглощает кванты света, электроны переходят на более высокие энергетические уровни, а потом возвращаются к исходному состоянию, испуская фотоны. Но, поскольку часть энергии теряется, излученный свет имеет меньшую энергию и соответственно большую длину волну, чем поглощенный. Поглощая, например, синий свет, молекула испускает зеленый. Флуоресценцию следует отличать от другого явления – люминесценции, когда свечение появляется в результате выделения энергии при химических реакциях.

Биолюминисценцию и биофлуоресценцию изучал в 1960-е годы японский ученый Осаму Симомура, работавший в Принстоне. Он выделил из мелких ракообразных (Cypridina hilgendorfii) люцеферин, позволяющий им светиться. Затем из организма медузы Aequorea victoria Симомура выделил белок экворин, обеспечивающий люминесценцию в присутствии ионов кальция. Однако in vitro экворин излучал синий свет, а сами медузы светятся зеленым. Продолжив работу, Симомура обнаружил, что это свечение обеспечивает другой белок – зеленый флуоресцентный белок (green fluorescent protein, GFP). Именно открытие GFP дало в руки биологов мощный исследовательский инструмент, хотя в начале 1960-х об этом никто не подозревал.

В 1992 году Дуглас Прэшем (Douglas C. Prasher) из Лаборатории морской биологии в Массачусетсе клонировал ген, кодирующий GFP. В 1994 Мартин Чалфи (Martin Chalfie) впервые применил этот белок in vivo, индуцировав нужный ген в кишечную палочку (Escherichia coli) и нематоду Caenorhabditis elegans. В дальнейшем Роджер Тсиен усовершенствовал этот белок. За работу над флуоресцентным белком Сикомура, Чалфи и Тсиен получили в 2008 году Нобелевскую премию по химии.

В дальнейшем работа над флуоресцентными белками продолжилась. Были получены белки, дающие излучение других цветов: красного, желтого, голубого и т. д. В эту работу большой вклад внесла группа ученых под руководством Сергея Анатольевича Лукьянова. Источниками некоторых флуоресцентных белков, например красного, стали кораллы. Причем коралл, из которого этот белок был выделен, ученые купили в ближайшем зоомагазине.

Однако зачем ученым по всему миру тратить время и силы на выделение флуоресцентных белков? Почему Нобелевский комитет счел эту работу достойной премии? Всё дело в том, что благодаря флуоресцентным белкам исследователи получили возможность увидеть процессы происходящие в организме и даже контролировать результаты собственных действий. Это стало возможным благодаря генной инженерии. Вставив в нужное место генома ген, кодирующий флуоресцентный белок, исследователь по появлению флуоресценции может определять, когда и как этот участок генома «работает».

Когда в распоряжении ученого есть несколько разных флуоресцентных белков, их можно внедрить в один организм или в одну клетку и наблюдать параллельно несколько процессов. При помощи такого многоцветного мечения можно сделать так, чтобы ядро клетки, например, светилось красным, цитоскелет – синим, митохондии – зеленым и так далее.

Для наблюдений с использованием GFP и других флуоресцентных белков нужны специальные приборы. В флуоресцентных микроскопах на образец – клеточную культуру или зафиксированный живой организм – направляется поток фотонов, чтобы исследователь мог наблюдать флуоресценцию. Проточный флуориметр освещает образец клеток разными лазерами и подсчитывает число клеток, отреагировавших на то или иной излучение флуоресценцией.

Флуоресцентные белки используют для визуализации активности промоторов. Промоторы – это последовательности нуклеотидов в ДНК, предшествующие основной, кодирующей последовательности гена. По промотору РНК-полимераза «узнает», когда начинать считывание последовательности нуклеотидов для синтеза информационной РНК, а затем – соответствующего белка. Если мы после нужного нам промотора поставим ген, кодирующий GFP, то вместо белка, за синтез которого отвечал ген, клетка будет синтезировать GFP. В результате по зеленой флуоресценции исследователь может определить, когда включается данный промотор, в каких условиях, сколько работает и т. д. Поскольку есть промоторы, которые включаются только в определенных типах клеток, можно наблюдать флуоресценцию только клеток данного типа. Можно, например, увидеть под микроскопом свечение сенсорных нейронов личинки мухи дрозофилы. Или стволовые клетки мозга мыши.

 
Глазодвигательный нерв и нейроны зубчатой извилины мыши, окрашенные по методу Brainbow

С помощью флуоресцентных белков можно изучать и локализацию различных белков в клетке и в организме. Тогда последовательность, кодирующую флуоресцентный белок, вставляют в ДНК вместе с той, которая кодирует белок, интересующий ученого. В результате по флуоресценции можно определять, какие белки находятся в ядре, какие в комплексе Гольджи, какие в мембране и так далее. Жан Ливе с коллегами в 2007 году предложили даже метод, позволяющий увидеть каждый отдельный нейрон мозга мыши. Метод получил название Brainbow. Он состоит в том, что в результате определенных манипуляций каждая клетка мозга получает случайный набор флуоресцентных белков. А, как известно, из сочетания трех цветов: красного, зеленого и синего – можно получить любой цвет. В результате нейроны приобретают индивидуальную уникальную окраску.

Видеозаписи, полученные на живых организмах с использованием флуоресцентных белков, порой завораживают. Мы видим каждую отдельную клетку в развивающейся личинке дрозофилы. Вспышки сигнализируют об активности нейронов в мозге малька рыбки Danio rerio. Тело этих мальков почти прозрачно, что делает их особенно удобным объектом для исследования  с помощью флуоресцентных белков. Сортеры, основанные на этом же принципе, могут разделять клетки, дающие разный эффект при флуоресценции.

Флуоресцентные белки используются и в фармацевтических исследованиях. Когда из многих сотен кандидатов подбирается вещество, дающее нужный эффект, это удобно делать на клеточных культурах, модифицированных таким образом, что эффект сопровождается экспрессией флуоресцентного белка. Тогда по наличию и интенсивности свечения можно быстро определить подходящее вещество.

В качестве курьеза Всеволод Белоусов рассказал о предложении создать трансгенные дрожжи с GFP, при помощи которых можно было бы получать нефильтрованное пиво, светящееся в синем освещении ночного клуба приятным зеленоватым светом. К сожалению для любителей экстравагантных напитков подобные идеи наталкиваются на серьезное препятствие: законодательства большинства стран сильно ограничивают использование трансгенных организмов в пищевой промышленности.

Полный текст лекции в будущем будет доступен на сайте Полит.ру.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея акустика Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Африка бактерии бедность библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса Византия викинги вирусы военная полиция Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление гравитация грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам исламизм история история искусства история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ кельты киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология Курская область лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна льготы мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования Международный арбитражный суд в Гааге местное самоуправление Металлургия метеориты микробиология микроорганизмы Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны облачные технологии обучение общество одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика перевод персональные данные планетология погода подготовка космонавтов политика право преподавание истории приматы продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Российская империя Русал русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа эволюция экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.