Разработан метод, позволяющий исследовать внутренние органы с помощью светящегося белка

Американские ученые разработали метод, позволяющий исследовать внутренние органы с помощью специального светящегося белка. В отличие от рентгенографии и томографии, он абсолютно безвреден для здоровья пациента. Кроме того, свет, испускаемый белком, дает четкую картину, позволяющую увидеть не только каждую клетку, но даже отдельные молекулы.

Фото: Фото: AP

За последние два столетия человечество весьма преуспело в разработке методов исследования внутренней среды организма. Сейчас рентгенография, ультразвуковая диагностика, различные разновидности томографии позволяют врачам выявлять многие заболевания внутренних органов на ранних стадиях. Однако каждый из вышеперечисленных методов имеет свои недостатки, основными из которых является ограниченность применения (так, например, с помощью УЗИ можно исследовать только те структуры, которые имеют полость, а рентгенография неэффективна в однородных участках организма) и нанесение пусть маленького, но все же иногда ощутимого вреда здоровью пациента (ведь даже, казалось бы, совсем уж безопасная магнитно-резонансная томография может нанести ущерб людям, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями).

Особенно сложно изучать такой важный орган, как печень. Дело в том, что ее структура достаточно однородна, и поэтому рентгенография и томография часто не дают ясной картины — на фотографиях все выглядит смазанным. Кроме того, печень — достаточно нежный орган, и часто подвергать его воздействию излучений электромагнитного поля нежелательно. А информацию о ее состоянии, например, при циррозах и гепатитах, врачам нужно получать постоянно.

Пытаясь решить данную проблему, ученые из разных стран мира начали экспериментировать над разработкой новых методик исследования этого органа. С некоторого времени их заинтересовали флюоресцирующие белки различных животных, чьи молекулы могут испускать свет с различной длиной волны. Надо заметить, что за последние 20 лет исследователи изрядно поднаторели в применении разного рода подобных белков, которые они брали из клеток кишечнополостных (к примеру, легендарный GFP, зеленый флуоресцентный белок, из медузы Aequorea victoria). Оказалось, что с помощью подсветки, которую они обеспечивают, можно увидеть не только каждую клетку в клеточной культуре, но даже отдельные молекулы.

Читайте также: Биологи создали "молекулярные протезы" ферментов

Фото: AP

В то же время мало кому удалось справиться с новой, неожиданно возникшей проблемой — сложностью введения флуоресцирующих агентов в живой организм. Было показано, что при попытках сделать это светящиеся белки словно бы переставали работать. Проанализировав результаты экспериментов, биохимики пришли к выводу, что во всем виновата… наша кровь. Дело в том, что гемоглобин, оказывается, может поглощать все типы излучений флуоресцирующих молекул.

Однако недавно американским ученым из Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна Университета Йешива удалось обойти это препятствие. Биохимики решили использовать в качестве светящегося агента бактериальный белок из группы фитохромов. Напомним, что это вещество, являющееся фоторецептором, присутствует во многих фотосинтезирующих организмах и способно поглощать свет с определенной длиной волны. Но поглощая один свет, оно при этом может излучать совсем другой тип света (например, если поглощает красный, то испускает голубой).

Сначала ученые модифицировали молекулу фитохрома таким образом, чтобы он работал (при испускании света) в инфракрасной области спектра. Таким образом, активизация получившегося варианта белка происходила при длине волны 690 нанометров, а излучение — при 753 нанометра. Далее исследователи поместили ген, кодирующий данный фитохром в специальную вирусную частицу, которая совершенно безопасна для организма (у нее были удалены рецепторы, помогающие проникать в клетки и часть собственной ДНК). С ее помощью ген модифицированного фитохрома был доставлен в печень мыши, однако не в сами клетки, а в межклеточное пространство.

В результате через несколько часов после внедрения флуоресцирующего агента печень начала светиться. Это свечение продолжалось несколько дней, и ученые смогли разглядеть (с помощью специальных приборов, конечно же, ведь инфракрасный свет не виден для человеческого глаза) многие процессы, происходившие в данном органе. После окончания эксперимента биологи исследовали печень животного и установили, что никакого влияния на жизнедеятельность клеток светящиеся молекулы и несущие их вирусные частицы не оказали. То есть этот "биорентген" оказался совершенно безвредным для здоровья четвероногой пациентки.

Итак, результаты исследований показали, что новая методика позволит наблюдать за внутренней жизнью организма в реальном времени, при этом не повреждая его. Кроме того, "биорентген" уже сейчас может помочь медикам в решении конкретных задач: например, с его помощью можно отслеживать воспалительные процессы и опухолевый рост в тканях и органах человека. А также проводить исследования патологий сердца и нервных центров — ведь именно эти системы очень чувствительны к воздействию рентгеновского излучения, электромагнитного поля и ультразвука.

Читайте также: Сальмонелла нам не враг, а друг

Не исключено, что в ближайшем будущем диагностика будет проходить следующим образом — больному дадут выпить пилюли, содержащие носителей фитохрома, а потом несколько раз в день будут приглашать к специальному экрану, который способен улавливать инфракрасное излучение. И обо всех неудобствах, связанных с УЗИ, томографией и рентгенографией, можно будет навсегда забыть…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"