|
Новый биосенсор обнаруживает активность неуловимого металла
|
|
|
|
Новый биосенсор, разработанный исследователями штата Пенсильвания, предлагает ученым первые динамические изображения марганца, неуловимого иона металла, необходимого для жизни. Исследователи разработали датчик из природного белка под названием ланмодулин, который связывает редкоземельные элементы с высокой селективностью и был обнаружен 5 лет назад некоторыми исследователями из Пенсильванского университета, участвовавшими в настоящем исследовании. Они смогли генетически перепрограммировать белок, чтобы отдать предпочтение марганцу по сравнению с другими распространенными переходными металлами, такими как железо и медь, что противоречит тенденциям, наблюдаемым с большинством молекул, связывающих переходные металлы.
|
|
|
|
Датчик может иметь широкое применение в биотехнологии для углубления понимания фотосинтеза, взаимодействия хозяина и патогена и нейробиологии. Он также потенциально может применяться в более широком смысле для таких процессов, как разделение компонентов переходных металлов (марганец, кобальт и никель) при переработке литий-ионных аккумуляторов. Команда недавно опубликовала свои выводы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. «Мы считаем, что это первый датчик, достаточно селективный к марганцу для детального изучения этого металла в биологических системах», — сказала Дженнифер Парк, аспирант Пенсильванского университета и ведущий автор статьи. «Мы использовали его и увидели динамику того, как марганец приходит и уходит в живой системе, что раньше было невозможно».
|
|
|
Она объяснила, что команде удалось отслеживать поведение марганца в бактериях, и теперь они работают над созданием еще более прочных датчиков связывания, чтобы потенциально изучить, как металл работает в системах млекопитающих. Подобно железу, меди и цинку, марганец является важным металлом для растений и животных. Его функция — активировать ферменты — молекулы, выполняющие жизненно важные функции в живых системах. Например, марганец является ключевым компонентом процесса фотосинтеза у растений — марганец присутствует в том месте, где вода превращается в кислород, что лежит в основе фотосинтеза. У людей марганец связан с развитием нервной системы. Исследователи объяснили, что накопление избыточного марганца в мозге вызывает моторное заболевание, подобное паркинсонизму, тогда как снижение уровня марганца наблюдается при болезни Гентингтона.
|
|
|
|
Однако научное понимание марганца отстает от других основных металлов, отчасти из-за отсутствия методов визуализации его концентрации, локализации и движения внутри клеток. «Новый датчик открывает двери для всех видов новых исследований», — пояснил Джозеф Котруво, доцент кафедры химии Университета штата Пенсильвания и старший автор статьи. «Есть так много потенциальных применений для этого датчика», — сказал Котруво. «Лично мне особенно интересно посмотреть, как марганец взаимодействует с патогенами». Он объяснил, что организм усердно работает, чтобы ограничить железо, которое необходимо большинству бактериальных патогенов для выживания, и поэтому эти патогены вместо этого обращаются к марганцу.
|
|
|
|
«Мы знаем, что между иммунной системой и этими вторгающимися патогенами идет борьба за жизненно важные металлы, но мы не смогли полностью понять эту динамику, потому что не могли видеть ее в режиме реального времени», — сказал он, добавив, что с новыми возможностями визуализации процесса у исследователей есть инструменты для потенциальной разработки новых мишеней для лекарств для ряда инфекций, для которых возникла устойчивость к обычным антибиотикам, таким как стафилококк (MRSA). Котруво объяснил, что разработка белков, связывающихся с определенными металлами, является сложной проблемой, потому что между переходными металлами, присутствующими в клетках, очень много общего. В результате не хватало инструментов химической биологии для изучения физиологии марганца в живых клетках.
|
|
|
|
«Вопрос для нас заключался в том, можем ли мы создать белок, который будет связываться только с одним веществом, ионом марганца, даже в присутствии огромного избытка других очень похожих веществ, таких как ионы кальция, магния, железа и цинка? " — сказал Котруво. «Что нам нужно было сделать, так это создать сайт связывания, организованный правильно, чтобы эта белковая связь была более стабильной в марганце, чем в любом другом металле». Успешно продемонстрировав, что ланмодулин способен выполнять такую задачу, команда теперь планирует использовать его в качестве основы для разработки других типов биологических инструментов для обнаружения и извлечения множества различных ионов металлов, имеющих биологическое и технологическое значение. «Если вы сможете найти способы различать очень похожие металлы, это будет действительно мощно», — сказал Котруво. «Если мы можем взять ланмодулин и превратить его в белок, связывающий марганец, то что еще мы можем сделать?»
|
|
|
|
Источник
|
