Белок-маяк высвечивает тайную жизнь генов

Синтез белка в режиме реального времени сопровождается флуоресцентными вспышками (фото Harvard University).

«В фильме снимались гены CYP1A1, CYP2E1, lacZ. В главной роли — белок P450!» — с таких необычных титров мог бы начаться фильм о передаче генетической информации, снятый американскими учёными. И это вовсе не фантастическое кино или мультфильм, а настоящие съёмки.

Как порой много значит техническое оснащение. Вот, скажем, давно известный и понятный биологам процесс экспрессии генов – переноса генетической информации от ДНК через РНК к полипептидам и белкам — один из главных жизненных процессов. Но происходит он в столь малом масштабе, что разглядеть его с помощью существующих технических средств не удавалось.

Как утверждает основная «догма» молекулярной биологии, передача генетической информации представляет собой двухступенчатый процесс.

Первоначально в результате сложной последовательности биохимических реакций (так называемой транскрипции) последовательность генов ДНК копируется в аналогичную последовательность РНК.

На втором этапе, называемом трансляцией, начинается «строительство» белков в соответствии с последовательностью генов РНК.

Профессор Се готовит очередной поставленный им опыт – наблюдение за биологическими молекулами при помощи лазерной подсветки (фото Kris Snibbe).

Такое представление о механизме наследования признаков, закодированных в ДНК, до недавнего времени подкреплялось лишь усреднёнными данными, полученными в ходе исследований на большом количестве клеток. Но эти изыскания не могли показать самого процесса «живьём», изнутри клетки.

К тому же, такие сведения получались из экспериментов, проведённых in vitro, на молекулах ДНК, РНК, белков, изъятых из тканей, а не в живых клетках. Для того, чтобы преодолеть эти препятствия, необходимо было создать совершенно новые подходы к «проникновению» в клетку.

Именно этим занялась исследовательская группа Се (Xie Group) из Гарварда (Harvard University).

Ею руководит профессор Сяолян Санни Се (Xiaoliang Sunney Xie). Именно он и додумался до метода, который позволил увидеть отдельные биологические молекулы за работой.

Се не первый год интересуется разработкой средств наблюдения мельчайших частиц вещества. «Тут самое главное – удачно выбрать частицу, которую мы хотим рассмотреть, — рассуждал профессор Се, — но как может выделиться одна молекула среди миллиардов точно таких же?».

Группа гарвардских исследователей во главе с профессором Сяоляном Санни Се (фото с сайта news.harvard.edu).

В науке широко применяются отслеживание перемещений и распределения микрочастиц, основанное на использовании изотопных индикаторов – веществ, выдающих себя радиационной активностью. Но такой подход не мог удовлетворить Саяоляна Се: радиационное излучение нельзя зарегистрировать обычной оптикой, да и небезопасно это.

Однако в идее маркеров что-то есть. И Се придумал вот что. Для получения картинки он использовал белок Venus, обладающий флуоресцентными свойствами. Его можно фиксировать благодаря световым вспышкам. Тут, впрочем, пришлось преодолеть ещё одну трудность – белок Venus не участвует ни в транскрипции, ни в трансляции. Как быть?

«Пригласить» Venus к «сотрудничеству» помог разработанный ранее в генной инженерии метод гибридизации, с помощью которого в одну молекулу были объединены два белка: тот, за которым собрались следить учёные, и Venus. Он-то и стал маркером, позволившим легко следить за перемещениями всей молекулы.

Директор Национального института общей медицины Джереми Берг: «Впечатляющие методы Се открыли новые возможности для ответа на важные вопросы о событиях внутри клеток» (фото с сайта nigms.nih.gov).

Кодирование информации рассматривалось на примере хорошо изученного гена бактерии Escherichia coli.

В тот момент, когда регуляторный механизм клетки включал ген в работу, он запускал процесс синтеза гибридных белков Tsr-Venus, которые прикреплялись к мембране клетки, выдавая себя вспышками света (видеоролики можно посмотреть здесь и здесь, формат MOV).

На настоящий момент это первый случай успешно и качественно проведённых съёмок на субклеточном уровне.

«Эксперименты профессора Се впервые принесли количественную информацию о синтезе белков, полученную в режиме реального времени, — сообщил директор американского Национального института общих медицинских наук (National Institute of General Medical Sciences) Джереми Берг (Jeremy M. Berg)».

Добавим, что новые технологии съёмки биологических процессов вполне могут оказаться пригодными не только для изысканий в молекулярной генетике, но и во многих смежных областях биологии.

Сам же Се, вероятно, и придумает новые точки приложения для своего изобретения: помощь в разработке лекарств, в диагностике наследственных заболеваний и так далее. Светящимся гибридным белкам найдётся немало работы.



Биологи вырастили зубастых цыплят-мутантов

22 февраля 2006

Биологи создали яблоки без сахара

20 февраля 2006

Бутерброд с ДНК обнаруживает генетические повреждения

8 февраля 2006

Фонд X PRIZE заплатит за сверхскоростную расшифровку генома

30 января 2006

Генетики раскрыли тайну летающих улиток

26 января 2006