Срочные новости раздела
Ученые СПбГУ синтезировали новые реагенты для присоединения флуоресцентных красителей к молекулам живых клеток

Ученые СПбГУ синтезировали новые реагенты для присоединения флуоресцентных красителей к молекулам живых клеток

Химики и биологи Санкт-Петербургского университета разработали новые реагенты на основе гетероциклоалкинов, которые позволят надежно и безопасно присоединять флуоресцентные метки к биомолекулам. Созданные вещества помогут визуализировать процессы, протекающие в клетках и тканях живых организмов, и изучать их динамику в режиме реального времени.

Применение циклононина, содержащего зеленую флуоресцентную метку, для модификации и визуализации при помощи флуоресцентной микроскопии азидогликанов (А) и азидо-ДНК (B) раковых клеток HEK293© Пресс-служба СПбГУ

Современные ученые могут исследовать состав и изменение живых клеток с помощью флуоресцентного биоимиджинга. Это метод, при котором интересующие исследователя молекулы организма, например белки или ДНК, «подсвечиваются» флуоресцентными красителями и под воздействием света определенной длины волны становятся видимыми для скрининговых систем.

Чтобы биоимиджинг был успешным, необходимо надежно «сшить» флуоресцентные метки и выбранные молекулы. Для этого используют специальные химические реакции. По словам кандидата химических наук доцента кафедры органической химии СПбГУ Натальи Данилкиной, самыми востребованными и сбалансированными сегодня являются реакции SPAAC (strain-promoted azide-alkyne cycloaddition). Они позволяют непосредственно в клетках присоединять к биополимерным молекулам, модифицированным азидными группами, специальные реагенты — циклоалкины, содержащие метку с красителем.

«SPAAC — это биортогональная клик-реакция, то есть реакция, которая способна протекать в живых клетках, но при этом не вредит им и сама не подвержена влиянию со стороны живых систем, — объясняет исследователь. — В таких реакциях не требуется использовать токсичные медные катализаторы, в них отсутствуют побочные продукты. Реакции SPAAC чрезвычайно важны для того, чтобы проводить биологические эксперименты. Таким образом можно изучать физиологию живых клеток и процессы, которые в них протекают, а также устанавливать склонность клеток к преобразованию в опухолевые».

Как отмечает Наталья Данилкина, на рынке уже существует несколько видов реагентов на основе циклоалкинов — молекул, имеющих замкнутый цикл из атомов углерода с тройной углерод-углеродной связью внутри цикла. Однако ученым СПбГУ под руководством доктора химических наук директора Института химии Ирины Баловой удалось синтезировать принципиально новые реагенты. Они отличаются легкодоступностью и оптимальным балансом между реакционной способностью в SPAAC и стабильностью, то есть устойчивостью к окружающей среде и прочим реагентам.

Работа над веществами проходила в несколько этапов. Вначале исследователи создали специальный синтетический метод для получения циклоалкинов. Он позволил легко сконструировать и синтезировать серию молекул с разным размером цикла (от восьми до десяти атомов) и специальными структурными элементами — гетероциклическим кольцом и гетероатомом (любым атомом, кроме углерода или водорода) в циклоалкине. Эти элементы были важны для регулировки баланса между активностью в SPAAC и стабильностью.

Следом химики СПбГУ изучили реакционную способность и устойчивость синтезированных соединений с помощью кинетических исследований и квантовых химических расчетов. Работы проводились на базе Научного парка СПбГУ: в Вычислительном центре, а также в ресурсных центрах «Методы анализа состава вещества», «Магнитно-резонансные методы исследования» и «Рентгенодифракционные методы исследования».

По словам Натальи Данилкиной, эксперименты и расчеты помогли выявить неклассическую реакционную способность соединений с циклами из девяти атомов. «Обычно чем больше цикл, тем меньше реакционная способность и больше стабильность соединений. В нашем случае стабильность действительно отличалась: с восьмичленными циклами было невозможно работать из-за их неустойчивости, а девятичленные оказались стабильными. А вот реакционная способность восьмичленных и девятичленных циклов при этом была практически одинаковой», — поясняет исследовательница.

На основе этих данных ученые СПбГУ установили, что гетероцикл-содержащие гетероциклоалкины из девяти атомов (циклононины) — самая подходящая группа реагентов для SPAAC. Как рассказала Наталья Данилкина, у этих соединений наблюдается наилучший баланс между стабильностью и реакционной способностью. Тогда как соединения с циклами из восьми атомов (циклооктины) оказались слишком нестабильными, а вещества из десяти атомов (циклодецины) инертными.

На последнем этапе исследователи СПбГУ разработали метод присоединения флуоресцентных красителей к новой группе реагентов и провели эксперименты по введению получившихся соединений в биомолекулы раковых клеток. Исследования проходили в лаборатории биомедицинской химии СПбГУ. Эксперименты подтвердили эффективность циклоалкинов с девятичленным циклом для SPAAC. Как сообщила Наталья Данилкина, ученые СПбГУ уже могут использовать новые реагенты для проведения исследований по различным направлениям.

В настоящее время научная группа работает над усовершенствованием полученных веществ. «Сейчас для того, чтобы в клетке прошла реакция с использованием наших реагентов, требуется восемь часов. Мы стремимся довести эту реакционную способность до 15 минут. Проверяем все возможные варианты структур с улучшенной реакционной способностью при сохранении стабильности. Ищем наиболее эффективную молекулу. Также подбираем оптимальные пути связывания реагентов с флуоресцентными красителями и другими группами», — заключает Наталья Данилкина. Она добавляет, что в дальнейшем исследователи планируют запатентовать разработку.

«Наша работа полностью отвечает приоритетным направлениям Программы научно-технологического развития Российской Федерации и Программы развития СПбГУ, которые связаны с переходом к персонализированной медицине и высокотехнологичному здравоохранению. Молекулы, которые мы придумываем и синтезируем, являются молекулярными инструментами для биологов и медиков. Они позволяют им исследовать молекулярные механизмы заболеваний и находить эффективные методы их лечения», — отметила руководитель исследовательской группы, директор Института химии СПбГУ доктор химических наук, профессор Ирина Балова.

Исследование было поддержано грантом РФФИ № 20-03-00117 и грантами РНФ 21-13-00218, 19-73-10077.

Статья опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society Источник: Пресс-служба СПбГУ

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Вирусологи идентифицировали 5504 новых вида вирусов в образцах океанской воды. Вирусы были обнаружены с помощью алгоритма машинного обучения при обследовании 35 000 проб воды со всего мира.
подробнее...

Группа астрономов при помощи Очень Большого телескопа Европейской Южной обсерватории (VLT ESO) наблюдала новый вид звездных взрывов — вспышку микроновой. В ходе каждой такой вспышки, происходящей на
подробнее...

Биологи собрали de novo геном динго и сравнили его с геномами пяти пород домашних собак. Оказалось, что динго — сестринская группа по отношению к домашним собакам. Ученые также обнаружили у динго и
подробнее...

Международная группа палеонтологов обнаружила новые доказательства того, что у птерозавров, летающих родственников динозавров, были перья и они могли контролировать их цвет с помощью пигментов
подробнее...

Российские ученые применили новейшую технологию на основе машинного обучения, позволившую точно определить очень близкие виды насекомых, сообщает пресс-служба Российского научного фонда
подробнее...

Американские исследователи определили, что останки пауков олигоценового периода (примерно 23-34 миллиона лет назад) дошли до наших дней благодаря микроводорослям и уникальной химии членистоногого,
подробнее...

После того, как самцы паука Philoponella prominens, обитающего в Китае, Корее и Японии, спариваются с самкой, они резко отпрыгивают от самки со скоростью до 88 сантиметров в секунду. Исследователи из
подробнее...

Корейские ученые разработали новую платформу для редактирования генов – TALED. С ее помощью они смогли поменять аденин на гуанин – азотистые основания ДНК – в митохондриях, сообщает Институт
подробнее...

Ученые из Великобритании и Мексики обнаружили в мексиканских лесах шесть новых видов лягушек, которые достигают в длину не больше 15 миллиметров. Взрослые самцы самого маленького из этих видов,
подробнее...

Развитие молекулярной биологии и биотехнологий позволило создать множество биосенсоров и тестов для диагностики — от быстрых анализов на COVID-19 до экспресс-тестов на патогены, поражающие
подробнее...

Сотрудники Музея землеведения МГУ предложили гипотезу, согласно которой массовые вымирания, неоднократно случавшиеся в истории Земли, могли быть запущены движением литосферных плит. В результате этого
подробнее...

Исследователи из Европейской молекулярно‑биологической лаборатории (EMBL) в Барселоне создали 3D-модель in vitro, которая имитирует, как структуры-предшественники, дающие начало позвоночнику,
подробнее...

Международная группа ученых из России и Германии открыла механизм работы на атомном уровне важного клеточного белка бактериородопсина. Оказывается, с помощью света белок организует «протонные провода»
подробнее...

Ученые эксперимента CMS на Большом Адронном Коллайдере выполнили самое точное на сегодняшний день измерение массы истинного (top) кварка — самой тяжелой из известных элементарных частиц. Полученная
подробнее...

Японские палеонтологи описали два новых вида нелетающих лебедей, которые обитали в Японии 11,5 миллиона лет назад. Ученые назвали их Annakacygna hajimei и A. yoshiiensis. Эти лебеди отличались от
подробнее...

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) выяснили, что транскрипционный фактор Zeb1, в частности, способствующий метастазированию раковых клеток молочной железы, при повышении его концентрации
подробнее...

Сотрудники лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ обнаружили, что вода в белках, отвечающих за обеспечение живых систем энергией, и вода, на которую воздействуют постоянным электромагнитным полем
подробнее...

Физики из Канады, Китая и России провели детальное вычисление энергий и ширин нескольких уровней пионного гелия. В своих расчетах они добились относительной погрешности в четыре миллиардных доли, что
подробнее...