Учёные изучили обелин – этот фотопротеин может использоваться для создания биолюминесцентных тест-систем.
Исследовали обелин сотрудники Сибирского федерального университета вместе с коллегами из Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН и учеными Шанхайского технического университета. Авторы работы, опубликованной на портале Wiley Online Library, рассматривали обелин, активированный не природным субстратом, а его синтетическим аналогом.
Фотопротеины — это биолюминесцентные белки. В ходе химической реакции они могут излучать свет. В природе фотопротеины встречаются во многих морских организмах, например, в светящихся морских гидроидных полипах. Эти подводные жители образуют большие колонии и ведут хищный образ жизни.
Жизнь гидроидных полипов состоит из чередования двух поколений. Одно поколение, полипоидное, ведет сидячий образ жизни и размножается только бесполым способом, производя посредством почкования полипов и медуз. Второе поколение – медуз – отрывается от колоний полипов и переходят к свободному подвижному образу жизни.
Фотопротеин обелин используют как внутриклеточные маркеры для мониторинга клеточных процессов, так как он излучает яркий свет при добавлении ионов кальция. Также обелин применяется в тестовых системах для иммуноферментного анализа, который позволяет диагностировать заболевания, вызванные бактериальными клетками, вирусами, грибками, простейшими микроорганизмами и паразитами.
Направленное изменение свойств фотопротеинов позволит расширить спектр их применения. Ткани живых организмов плохо пропускают синий цвет и хорошо пропускают красный. Но природные фотопротеины светятся именно синим цветом, поэтому, чтобы эффективно использовать фотопротеины для визуализации внутренних процессов в тканях, лучше добиться, чтобы их свечение было сдвинуто в красную область спектра.
Можно химически модифицировать молекулу субстрата, чтобы в результате свечение белка получалось жёлтым или красным. Изменить цвет излучения на более красный способен целентеразин-v – химический аналог природного субстрата биолюминесценции фотопротеинов – целентеразина. Однако фотопротеины, активированные этим аналогом, светятся очень слабо, что значительно снижает их практический потенциал. Причины низкой эффективности работы фотопротеинов с целентеразином-v выяснила группа учёных, в которую вошли эксперты СФУ.
«Используя методы кристаллографии и рентгеноструктурного анализа, нашей научной группе совместно с коллегами из Китая удалось решить трёхмерную пространственную структуру обелина, активированного целентеразином-v (обелина-v). Это позволило увидеть, как и в какой форме новый субстрат встроился в активный центр белка, и удостовериться, что структура белка не нарушена, – рассказала соавтор исследования, доцент кафедры биофизики и базовой кафедры биотехнологии СФУ, старший научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН Елена Еремеева».
Исследователи детально охарактеризовали биолюминесцентные и флуоресцентные свойства обелина-v и рассмотрели их связь со структурной организацией белка. Сравнение структуры обелина-v со структурой обелина, активированного обычным целентеразином, позволило выявить отличия между двумя вариантами белков и понять причины низкой эффективности биолюминесценции обелина-v.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение