Биоинженеры научились управлять клетками с помощью УФ-излучения

Колония цианобактерий Synechocystis. Изображение: Hideo Iwasaki (metaPhorest)/vimeo

Ученые из Университета Райса впервые создали фоторецепторы, чувствительные к ультрафиолетовому излучению. Их будут внедрять в живые клетки, чтобы контролировать молекулярно-биологические процессы и метаболизм. Разработка основана на ферментах цианобактерий Synechocystis.

Статья с результатами опубликована в журнале ACS Synthetic Biology.

Если фотосинтезирующие цианобактерии Synechocystis облучать ультрафиолетом, они будут стараться покинуть опасную зону. Эти микроорганизмы обладают системой из двух белковых компонентов. Один чувствителен к УФ-излучению и при облучении активирует второй компонент, белок, который запускает синтез ферментов, необходимых для перемещения бактерии туда, где ее не облучает ультрафиолет. С помощью этой системы, которая называется UirS-UirR, ученые впервые создали рецептор, чувствительный к УФ-излучению.

Оптогенетика — методика исследования, в которой генетически кодируемые фоторецепторы используют для изучения и контроля молекулярно-биологических процессов, например синтеза нужных белков. В клеточную мембрану внедряется фоторецептор (белок, чувствительный к свету определенной длины волны), после чего можно запускать или останавливать интересующие нас процессы внутри клетки, облучая ее светом той или иной длины волны. Эту методику придумали для изучения нервных клеток, но со временем стали применять более широко.

Ученые перенесли систему UirS-UirR в бактерию кишечной палочки E. coli и использовали в качестве фотопереключаемого регулятора транскрипции. Исследование показало, что новые рецепторы позволяют регулировать уровень экспрессии генов с высокой точностью. Также они работают быстрее рецепторов, которые реагируют на видимый свет: УФ-чувствительный рецептор переключается за 10 минут, а другие рецепторы — в течение двух часов. По мнению исследователей, точность и скорость действия новой разработки значительно увеличивает количество синтезируемого белка.

Фоторецептор UirS-UirR воспринимает УФ-излучение в узком спектре, от 380 до 420 нанометров, и поэтому не включается вместе с рецепторами, которые реагируют на зеленый и красный свет. Таким образом, он работает вместе с другими рецепторами без помех.

По словам ученых, фоторецепторы системы UirS-UirR можно использовать и в исследованиях, и для синтеза белков в фармацевтической промышленности.
Теги:

Читать еще на Чердаке: