Eric Schreiter i Luke Lavis mislili su da su to shvatili. Godine 2021, vođe grupe Janelia su izvestili da su razvili način da kombinuju Schreiter-ove projektovane proteinske biosenzore i Lavisove svetle, fluorescentne boje Janelia Fluor.
Ovi senzori, koji bi mogli da prate različite fiziološke signale i jarko ih osvetljavaju u dalekom crvenom svetlu, u teoriji bi omogućili naučnicima da izvode slike na živim životinjama i prate više fizioloških signala u isto vreme – dva aspekta biološkog snimanja koja je bilo teško uraditi. sa postojećim senzorima. Daleko crvena svetlost može prodreti dublje u tkiva nego druge talasne dužine, a naučnicima daje dodatnu boju koju mogu koristiti izvan tipičnih nijansi, poput zelene i crvene, koje se koriste u biološkom snimanju.
„Sve je bilo sjajno, bilo je fantastično i bili smo srećni – sve dok nismo pokušali da koristimo senzore kod životinja, i to prilično nije uspelo“, priseća se Šrajter. „Bilo je malo nezgodno.“
Srećom, Helen Farrants je upravo stigla u Janeliju na postdoktorsku studiju u Šrajterovoj laboratoriji i prihvatila je izazov ponovnog razvoja proteinskih biosenzora kako bi ostvarila svoju prvobitnu nameru.
Počevši od nule, Farrants je stvorio novi način da projektovani proteinski biosenzori i JF boje rade zajedno, omogućavajući timu da postigne svoj cilj merenja fizioloških signala kod živih životinja. Njihov prvi senzor sa dokazom o principu, nazvan VHaloCaMP, može detektovati signale kalcijuma – ključni deo ćelijske komunikacije – kod živih voćnih mušica, zebrica i miševa.
Nova tehnika se takođe može koristiti za kreiranje čitavog niza senzora za praćenje drugih signala od interesa. Biti u stanju da vidi ove fiziološke signale kod živih životinja mogao bi biolozima dati uvid u to kako ćelije, tkiva i organi rade zajedno da bi obavljali važne funkcije.
„Helen je počela od nule, iz temelja, i ponovo izgradila celu ovu strategiju za kombinovanje boja i proteinskih biosenzora“, kaže Šrajter. „VHaloCaMP je prva demonstracija, ali neće biti poslednja. To će zaista biti nova opšta strategija na polju pravljenja fluorescentnih biosenzora za fiziologiju slike, posebno u dalekom crvenom.“
Glavna prepreka koju su Farants i tim morali da prevaziđu bila je pronalaženje drugačijeg načina da se proteinski biosenzor i JF boja rade zajedno.
Prvi senzori koje je tim napravio oslanjali su se na boje koje menjaju svoj oblik da bi postale fluorescentne. Međutim, te boje nisu mogle da uđu u životinjsko tkivo – problem koji je postao očigledan kada je tim pokušao da koristi senzor kod živih životinja i nije mogao da otkrije nikakve signale.
Nakon više od godinu dana isprobavanja različitih strategija, Farrants je imao ideju da koristi određene delove proteina senzora da uključi i isključi fluorescenciju, umesto da koristi promenu u obliku boje. Tim je dodao aminokiselinu zvanu triptofan bioinženjerskom proteinskom senzoru blizu prikačene boje. Kada je boja u bliskom kontaktu sa triptofanom, boja se isključuje. U prisustvu kalcijuma, protein menja oblik – triptofan se udaljava od boje i boja se uključuje.
„Godinu i po ništa nije funkcionisalo, ali se sećam dana kada sam napravio ovu promenu triptofana i video sam samo najmanju promenu u fluorescenciji kada sam dodao kalcijum. Znao sam da imamo barem početnu tačku – imali smo kuka“, priseća se Farants.
Korišćenje triptofana za modulaciju fluorescencije boje omogućilo je upotrebu boja koje se lako unose u tkiva i koriste kod živih životinja.
Istraživači su pokazali da se VHaloCaMP može koristiti za otkrivanje signala kalcijuma kod živih voćnih mušica, zebrica i miševa. Takođe su pokazali da se može koristiti zajedno sa drugim senzorima za detekciju do tri signala u isto vreme koristeći različite boje. Kod zebrica su pokazali da mogu istovremeno da otkriju promene glukoze u ćelijama, signale kalcijuma u mišićima i signale kalcijuma u neuronima.
Tim sada radi sa Janelijinim projektnim timom GENIE na razvoju poboljšane verzije VHaloCaMP-a. Oni takođe rade sa biolozima u Janelia-i da koriste novu strategiju za razvoj senzora za otkrivanje drugih fizioloških signala i kreiranje senzora sa dodatnim JF bojama. Tim je svoju strategiju za izgradnju biosenzora učinio dostupnom i široj istraživačkoj zajednici, a druge grupe su počele da razvijaju dodatne verzije senzora.
Farants kaže da projekat ne bi bio moguć bez interakcije i saradnje koja se dešava u Janelia, što omogućava njoj i drugim hemičarima da naprave alate koji su biolozima potrebni i žele.
„Zaista uživam u petljanju sa stvarima i alatima za gradnju, ali ako znam da ono što pravim i sa čime se bavim ima aplikaciju do koje će nekome biti stalo, mislim da je to ono što ga čini zabavnim i korisnim“, kaže Farants. „To je ono što mi se sviđa kod Dženelije: svakodnevno komuniciraš sa ljudima. To se dešava iu širem naučnom svetu, ali Dženelija je posebno mesto.“
