U živim ćelijama istovremeno se dešava veliki broj prolaznih događaja, od kojih je svaki važan za datu ćeliju u obavljanju njene funkcije. Verno beleženje ovih prolaznih aktivnosti je preduslov za molekularno razumevanje života, ali je dobijanje takvih snimaka izuzetno izazovno.
Naučnici sa Instituta Maks Plank za medicinska istraživanja u Hajdelbergu i njihovi saradnički partneri stvorili su novu tehnologiju koja omogućava da se ćelijski događaji beleže hemijskim obeležavanjem fluorescentnim bojama za kasniju analizu, otvarajući potpuno nove načine za proučavanje ćelijske fiziologije. Nova metoda je sada objavljena u časopisu Nauka.
Snimanje prolaznih ćelijskih događaja igra odlučujuću ulogu u ispitivanju i razumevanju bioloških procesa, ali predstavlja značajne tehničke izazove. Idealna metoda snimanja bi istovremeno posmatrala velike populacije ćelija, funkcionisala bi u epruveti i kod živih životinja, i omogućila bi da se snimljena zapažanja pronađu i analiziraju kasnije. Do sada su uglavnom nedostajale metode koje ispunjavaju ove kriterijume: jaz koji bi nova tehnologija sada mogla da premosti.
„Naša tehnologija je zasnovana na proteinu rekordera koji postaje nepovratno obeležen fluorescentnom bojom kada se događaj od interesa dogodi u njegovoj blizini“, objašnjava Magnus-Carsten Huppertz, postdoktorski istraživač na Odeljenju za hemijsku biologiju na MPI za medicinska istraživanja. „Ovo omogućava naučnicima da proučavaju veoma veliki broj ćelija paralelno in vivo ili in vitro.“
Tim, koji su predvodili Kai Johnsson i Julien Hiblot, dizajnirao je proteine koji postaju obeleženi kada su istovremeno prisutna specifična ćelijska aktivnost i fluorescentni supstrat. Ispiranje i ispiranje supstrata definiše period snimanja, dok ćelijska aktivnost određuje stepen obeležavanja. Štaviše, korišćenjem prepoznatljivih supstrata, mogu se zabeležiti različite faze unutar perioda aktivnosti.
U svojim studijama, konstruisali su snimače za tri različita procesa od centralnog značaja: aktivaciju receptora, interakcije proteina i proteina i promene u koncentraciji jona kalcijuma (Ca 2+ ). Ovo poslednje je korišćeno za proučavanje heterogenosti promena Ca 2+ u ćelijskim mrežama koje potiču od glioblastoma, agresivnog tumora mozga.
U bliskoj saradnji sa grupama Lise Fenk i Hervig Baier na Institutu Maks Plank za biološku inteligenciju u Martinsridu, autori su uspešno zabeležili obrasce neuronske aktivnosti kod muva i zebrica.
„Na kraju, razvili smo tako raznovrsnu platformu za snimanje za paralelnu analizu brojnih istovremenih prolaznih ćelijskih događaja in vitro i in vivo“, zaključuje Jonas Vilhelm, postdoktorski istraživač na istom odeljenju.
Glavni izazov sa kojim su se naučnici suočili tokom svog rada bio je da usavrše novorazvijenu platformu za snimanje kako bi osigurali njenu robusnost i efikasne performanse u nizu sistema bioloških modela. Da bi istražili upotrebu ove nove tehnologije pod različitim uslovima, uspostavili su različite kompozitne eksperimentalne aranžmane.
„Uzbuđeni smo što možemo da obezbedimo nove molekularne alate sa potencijalom da omogućimo nove vrste eksperimenata i ubrzamo istraživanje u različitim oblastima kao što su neurobiologija i onkologija“, kažu Magnus-Carsten Huppertz i Jonas Vilhelm. „Imali smo sreće što smo mogli da sarađujemo sa naučnicima iz različitih disciplina kako bismo ovu novu tehnologiju učinili mogućom.“
Pored Instituta Maks Plank za biološku inteligenciju, naučnici iz Nemačkog centra za istraživanje raka (DKFZ), Nacionalnog centra za tumorske bolesti (NCT), Univerziteta Hajdelberg, istraživačkog kampusa Janelia, Virdžinija, SAD, i Ecole Politechnikue Federale de Lausanne ( EPFL), Švajcarska je doprinela radu.
