Ученые создали сенсор, показывающий ремонт ДНК в живых клетках: видео

По данным, опубликованным в Nature Communications, исследователи из Утрехтского университета (Нидерланды) создали флуоресцентный ДНК-сенсор, который впервые позволяет наблюдать повреждения и восстановление генетического материала прямо в живых клетках. Такой подход дает возможность видеть весь процесс целиком, а не отдельные «замороженные» кадры, как было раньше.

Почему это важно

ДНК постоянно страдает от солнечного света, химии, радиации и собственных клеточных процессов. Обычно организм быстро устраняет большинство повреждений. Когда система дает сбой, возрастает риск старения, рака и других нарушений. Ученые долгие годы пытались получить непрерывный взгляд на эти процессы, но существующие методы требовали разрушения клеток, из-за чего исследователи получали только фрагменты картины.

Наблюдение за клеткой без вмешательства

Новый сенсор обращен к естественным механизмам клетки. Он построен из небольшого фрагмента белка, который сам по себе реагирует на маркер, возникающий на участке повреждённой ДНК. К нему добавили флуоресцентную метку. Получившийся инструмент ведет себя как миниатюрный «маяк», который появляется там, где случается поломка, а затем исчезает, когда ремонт завершен.

Ведущий автор Тунджай Баубек объясняет, что распространенные инструменты, вроде антител, часто слишком прочно цепляются за ДНК и могут вмешиваться в природные процессы:

«Наш датчик отличается от других. Он построен из фрагментов природного белка, который клетка уже использует. Он сам перемещается к месту повреждения и обратно, поэтому мы видим истинное поведение клетки».

Ричард Кардозу да Силва вспоминает момент, когда понял, что конструкция работает:

«Я тестировал некоторые препараты и увидел, что датчик загорается точно там же, где и обычные антитела, применяемые в исследованиях. В тот момент я подумал: это сработает!».

Цельная картина процесса

Сенсор позволяет записать весь процесс восстановления ДНК как единый поток. Исследователи видят, когда появляется повреждение, когда к нему подходят белки-«ремонтники» и как быстро восстанавливается структура. Это дает более точный и естественный взгляд на происходящее внутри клетки. По словам Кардозу да Силвы, качество данных и детализация резко возрастают.

Проверка на организме

Разработчики протестировали инструмент не только на клеточных культурах, но и на круглом черве C. elegans, который давно считается надёжной моделью в биологии. Сенсор уловил естественные разрывы ДНК, возникающие в ходе развития организма. Для Баубека это стало подтверждением, что технология подходит не только для работы «в пробирке».

Конструкция сенсора модульная. К нему можно прикрепить другие молекулярные элементы, чтобы, например, картировать поврежденные участки на геноме или отслеживать, какие белки появляются рядом. Исследователи могут даже перемещать поврежденные участки внутри ядра, чтобы понять, как положение влияет на качество восстановления.

«В зависимости от вашей креативности и вашего вопроса, вы можете использовать этот инструмент по-разному», — говорит Кардозу да Силва.

Новые перспективы для медицины и фармакологии

Хотя сенсор не является терапевтическим средством, он может улучшить оценку эффективности лекарств. Многие онкопрепараты работают за счет намеренного повреждения ДНК опухолевых клеток, и для исследователей важно точно измерять, насколько сильно действует препарат.

«Наш инструмент может сделать тесты на терапию рака более дешевыми, быстрыми и точными», — отмечает Баубек

Разработчики рассчитывают, что сенсор пригодится также для изучения старения, воздействия радиации и других факторов, влияющих на генетическую стабильность.

Технология уже вызвала интерес. Несколько лабораторий обратились к авторам еще до публикации. Чтобы ускорить исследования, команда открыла доступ к сенсору для всех:

«Все доступно онлайн. Ученые могут начать использовать его немедленно», — говорит Баубек.