Небольшой светящийся белок позволяет лучше рассмотреть живые ткани

Биоинженеры из США разработали небольшой флуоресцентный белок, излучающий более длинные волны в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне. С его помощью исследователи смогут получать более подробные и точные биомедицинские изображения живых тканей, сообщает Университет Дьюка. Описание разработки представлено в журнале Nature Methods.

Биологические молекулы естественным образом поглощают и излучают свет в видимом спектре на длинах волн от 350 до 700 нанометров. Часто этот свет быстро поглощается и рассеивается структурами и молекулами, что не позволяет ученым рассмотреть ткани глубже миллиметра. Такие вещества, как коллаген или меланин, создают на изображении «фоновый шум» за счет своей естественной флуоресценции.

На длинах волн 700-1300 нанометров в БИК-спектре – спектре, который граничит с видимым диапазоном, но уже недоступен человеческому глазу – свет может проникать глубже в ткани, уменьшая количество «шума». С его помощью ученые могут снимать ткань на более длительных выдержках и получать более четкие изображения. 

Чтобы этого добиться, ученые из Университета Дьюка и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке разработали белок, который поглощает и излучает более длинные волны света в ближнем инфракрасном спектре.

Создавая новый белок, команда использовала фоторецепторы, которые встречаются у бактерий. Эти фоторецепторы могут переключаться между «безмолвным» и активным состоянием — в зависимости от того, свет какой длины волны на них попадет. Они могут связываться с биливердином – биомолекулой, которая присутствует в больших количествах в тканях млекопитающих и человека. Ученые модифицировали молекулу, увеличив связывание электронов, чтобы получить флуоресценцию с красным смещением.

Самый яркий полученный белок команда назвала miRFP718nano. Он легко вырабатывается в клетках и тканях и излучает свет за пределами видимого диапазона. И этот диапазон можно разделить на две основные зоны. Когда свет впервые попадает на эти белки, они излучают свет в первой зоне, которая составляет около 700-900 нанометров. Но по мере их распада длина волны постепенно удлиняется, как хвост кометы. Именно тогда они начинают излучать свет во второй ближней ИК-зоне, то есть в диапазоне 900-1300 нанометров, отмечают авторы работы. Во второй зоне свет может проникать в ткани в два раза глубже, фоновая флуоресценция значительно тускнеет, а разрешение изображения может быть в два-три раза выше.

Вживив miRFP718nano лабораторным животным, команда смогла сфотографировать микробов в пищеварительном тракте мыши, визуализировать клетки в молочной железе и даже отследить изменения воспаления в печени грызунов. Все отснятые изображения были более четкими и подробными, чем те, что были сделаны без помощи новых белков.

[Фото: JUNJIE YAO, DUKE UNIVERSITY]