Нанотехнологии позволяют следить за работой мозга
Разработка ученых из Института Карнеги и Стэндфордского университета позволяет в режиме реального времени с высокой точностью отслеживать изменения химического состава мозговых клеток на уровне единичной клетки. Сделано это с помощью молекулярных сенсоров — этаких «генетических камертонов».
В эксперименте, поставленном сотрудниками факультета биологии растений Института Карнеги и Стэндфордского университета, наносенсоры вводились в нервные клетки, чтобы получить данные об изменениях уровня глютамата — нейротрансмиттера возбуждения, отвечающего за изменения активности нервных клеток в мозгу млекопитающих и участвующего в производстве аминокислоты глютамина. Считается, что избыток глютамата может быть причиной возникновения болезни Паркинсона или печально известного синдрома Альцгеймера.
Понимание причин, ведущих к производству новых объемов глютамата, их реабсорбции и участии в метаболических процессах, протекающих внутри отдельных нервных клеток, может, как считает руководитель группы исследователей госпожа Сакико Окумото (Sakiko Okumoto), способствовать лучшему пониманию механизмов развития болезней нервной системы и, соответственно, помочь в разработке новых, более эффективных, лекарств.
Использованные в эксперименте молекулярные сенсоры, как сообщается в пресс-релизе Института Карнеги, изменяют свою пространственную ориентацию, вступая в реакцию с исследуемым химическим веществом и вызывая к жизни явление индуктивно-резонансного переноса энергии (fluorescence resonance energy transfer, FRET), позволяющее визуально наблюдать за протекающей реакцией.
Объясняя принцип действия явления индуктивно-резонансного переноса энергии, госпожа Окумото прибегла к красивой аналогии с парой камертонов, настроенных на одну частоту. Заставив звучать один камертон и поднеся к нему другой инструмент, мы увидим, что второй камертон самостоятельно воспроизведет тот же звук, хотя к нему, заметим, никто не прикасался. Примерно так же работает и FRET-сенсор.
Собственно FRET-сенсор собирается из молекулы белка (в данном случае — белка ybeJ, извлекаемого из всем известной кишечной палочки — E. coli), на который наносятся две окрашенные в разные цвета метки, созданные на основе добываемого из медуз белка GFP (Green Fluorescent Protein — «зеленый флюоресцирующий белок»; именно он отвечает за природную иллюминацию этого вида беспозвоночных). Когда такой «наносенсор» натыкается на интересующую исследователей молекулу, он изменяет свою ориентацию, что тут же фиксируется наблюдателем.
