Пресс-центр / новости / Наука /

С точностью до клетки: флуоресцентный «таймер» показывает уровень кислорода в живом организме

Личинка плодовой мушки дрозофилы — не самый крупный организм, однако, до сих пор на этом «модельном объекте» решаются многие важные вопросы биологии развития. Александр Мишин и Константин Лукьянов из Лаборатории биофотоники в сотрудничестве с российскими и зарубежными коллегами создали новую технологию прижизненного биоимиджинга высокого разрешения, позволяющего отслеживать уровень кислорода (и активность дыхания) на уровне отдельных клеток — и прямо в живом организме.

дрозофила, уровень кислорода, биоимиджинг, гипоксия, GFP, dsRed, флуоресцентный таймер

Гончарук Сергей

Личинка дрозофилы проводит свою недолгую, но полную плотских удовольствий жизнь, сидя в еде головой вниз, так что наружу подобно двум выхлопным трубам торчат лишь абдоминальные выходы двух дорзальных трахейных стволов. Как вы помните, у насекомых кровь-гемолимфа не играет ту роль по доставке кислорода к тканям, к которой мы так привыкли, а вместо этого все тело пронизано сетью воздушных трубочек-трахей, доходящих до каждого органа. 

Ученые использовали эту в высшей степени интригующую модель, для того, чтобы научиться строить «карты снабжения» разных органов кислородом. Для этого использовали флуресцентный белок, выделенный в Лаборатории биофотоники из дискосомового коралла. Имя белку было дано dsRed, за то, что в ультрафиолете светил ярким красным светом, в отличие от уже клонированного к тому времени зеленого GFP. С тех пор неземная красота молекулярной биологии приобрела красное цветовое измерение. У белка dsRed был вскоре обнаружен мутант, который созревал очень хитрым образом: сначала он становился зеленым, и только потом уже красным, как и положено уважающему себя dsRed’у (Terskikh et al. ‎2000, Science). За это свойство его назвали «таймером», поскольку по его цвету можно было прикинуть, как давно он был синтезирован — если зеленый, то недавно, если красный — то давно.

Рис.1

Методом проб и ошибок удалось установить, что красный и зеленый пути созревания белка зависят не только собственно от времени, а еще и от концентрации кислорода. Если кислорода много, то все происходит как и описано в оригинальной статье: белок зеленеет, а потом краснеет. Если же кислорода мало, т.е. гипоксия, то белок становится зеленым, а красным потом не становится! С помощью этой примочки удалось картировать богатые и бедные кислородом органы личинки. Методами генной инженерии создали мух которые синтезируют «таймер» только при температуре 37°C, а при комнатной, при которой они обычно пасутся — не синтезируют. После индукции тепловым шоком через несколько дней можно увидеть где у мухи красное, а где зеленое. И вновь убедиться, что дышит она тем самым местом, которое принято называть пятой точкой (на рис.1 сверху).

Но в оправдение бедной личинки хочется добавить, что, во-первых, на голове у нее тоже имеются выходы трахейных стволов, а во-вторых, снабжение мозга кислородом (на рис.2 в правом нижнем углу), идет по первому разряду, хотя он у личинки находится антериально (т.е. спереди). Так что не все потеряно, дорогой читатель.

Рис.2

Статья вышла в январе в журнале Development. Пресс-релиз является адаптацией текста, написанного первым автором статьи — Петром Лидским.

21 апреля