I ricercatori hanno sviluppato proteine ​​fluorescenti che possono essere controllate dalla luce arancione e verde. Queste proteine ​​aiuteranno a studiare i processi nelle cellule viventi. I risultati sono stati pubblicati in Metodi della natura .

Le proteine ​​fluorescenti emettono una luce visibile intensa con lunghezze d'onda che vanno da 390 a 700 nm. Le funzioni naturali di tali proteine ​​sono diverse; ad esempio, alcune specie di meduse usano macchie fluorescenti verdi per attirare piccoli organismi che servono da cibo. Le proprietà ottiche di alcune proteine ​​fluorescenti possono essere controllate con la luce. Ad esempio, tali proteine ​​possono essere attivate e disattivate, e sono quindi chiamati commutabili. Le proteine ​​fluorescenti commutabili sono ampiamente utilizzate in un nuovo gruppo di metodi chiamato microscopia a fluorescenza a super risoluzione (nanoscopia), che consente l'imaging di strutture intracellulari estremamente dettagliate. Attualmente, gli scienziati di solito usano l'irradiazione blu o viola per tale microscopia, che è altamente tossico per le cellule poiché interrompe la loro normale fisiologia e può persino causare la morte.

"Siamo stati i primi a creare proteine ​​fluorescenti fotocommutabili con proprietà ottiche che possono essere controllate utilizzando la luce verde e arancione anziché la radiazione blu-violetta. Il vantaggio di questo è un danno minimo alle cellule. Abbiamo usato nuove proteine ​​per osservare i cambiamenti del citoscheletro nelle cellule viventi col tempo, " ha spiegato Aleksandr Mishin, dottorato di ricerca, ricercatore senior dell'Istituto Shemyakin-Ovchinnikov di chimica bioorganica dell'Accademia delle scienze russa, che ha guidato il progetto RSF.

Per creare tali proteine ​​fluorescenti, gli scienziati li hanno alterati mediante mutagenesi diretta e casuale tramite la reazione a catena della polimerasi. Quindi gli scienziati hanno clonato le proteine ​​e hanno selezionato quelle con le migliori prestazioni utilizzando un microscopio. Gli autori hanno analizzato i risultati di esperimenti condotti da altri biologi e hanno determinato come il microambiente del cromoforo (l'aminoacido aromatico residuo responsabile dell'assorbimento della luce nella proteina) debba essere alterato per renderlo capace di fotocommutazione.

Però, il risultato atteso ha effetti collaterali, compresa la ridotta luminosità della proteina. I ricercatori hanno utilizzato la mutagenesi casuale per trovare ulteriori mutazioni, che compensa gli effetti collaterali del metodo preservando la mutazione bersaglio.

Le proteine ​​sono chiamate proteine ​​reporter, poiché agiscono come "spie" all'interno delle cellule. Sono attaccati ad altre proteine ​​che possono quindi essere rintracciate in una cellula vivente. Le informazioni dettagliate così ottenute possono essere utilizzate nella scienza di base o nella ricerca biomedica. Ad esempio, le cellule tumorali nei pazienti oncologici mostrano drammatici disturbi della mobilità cellulare e cambiamenti strutturali dinamici nel citoscheletro, una carcassa nel citoplasma di una cellula vivente. Nel frattempo, l'indagine di questi processi nelle cellule viventi mediante nanoscopia è difficile a causa dell'irradiazione eccessivamente intensa dei campioni, rendendo necessario l'utilizzo di metodi meno tossici per l'organismo.

Gli autori hanno utilizzato il loro sviluppo per eseguire la microscopia a super risoluzione RESOLFT. Le proteine ​​hanno una caratteristica importante:la loro fotocommutazione è molto efficiente, il che significa che la fluorescenza può essere attivata e disattivata in millisecondi. Questo non è adatto a tutti i metodi di microscopia. In alcuni casi, l'alta velocità sarà solo una seccatura. In RISOLVERE, il ciclo on-off viene ripetuto più volte per punti adiacenti che vengono scansionati con raggi laser. Migliore è il tempo di commutazione di un tag fluorescente, più velocemente è possibile ottenere l'immagine completa, poiché il fotocommutamento in ogni punto richiede meno tempo.

"Le proteine ​​fluorescenti che abbiamo creato consentiranno la microscopia a super risoluzione senza danneggiare la cellula vivente, che apre opportunità per lo studio dei processi dinamici all'interno della cellula, " ha concluso Aleksandr Mishin.