Ученые разработали быстрый метод изучения клеток

Ученые из России, Франции и США создали микрофлюидную систему, позволяющую очень быстро проводить скрининг в каплях двойной эмульсии. Разработка позволяет изучать уникальные свойства единичных живых клеток в 30 тысяч раз производительнее роботизированных станций, а также существенно упрощает работу исследователей, которые определяют функциональность биологических объектов для создания на их основе лекарственных препаратов. В работе приняли участие научные сотрудники Института биоорганической химии РАН вместе с коллегами из Казанского федерального университета, Сколковского института науки и технологий, Московского физико-технического института, МГУ имени М.В. Ломоносова, Института общей патологии и патофизиологии, Санкт-Петербургского национального исследовательского Академического университета, Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины, Французской академии фармакологии и Йельского университета. Результаты опубликованы в журнале PNAS.

«Сотрудники научно-исследовательских институтов, как правило, тратят много рабочего времени на то, чтобы наработать, очистить и отобрать белки с высокими показателями активности. Наша лаборатория не являлась исключением, поэтому мы попробовали решить эту проблему, разработав систему очень быстрого скрининга биомолекул на основе микрофлюидной эмульсии. В результате мы получили систему, позволяющую осуществлять отбор интересующих нас биологических функций из колоссального разнообразия любых микроскопических биообъектов, а не только ферментов», — рассказал один из авторов статьи, младший научный сотрудник Лаборатории биокатализа Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН Станислав Терехов.

Идея возникла три года назад, когда Станислав предложил разработать технологию, которая позволяет быстро установить активность сотен миллионов новых ферментов, получаемых его коллегой Иваном Смирновым. Рабочая группа Ивана занималась созданием и отбором биокатализаторов из комбинаторных библиотек ферментов, ускоряющих реакции, для которых природных ферментов не существует. Например, для инактивации фосфорорганических токсинов — нервнопаралитических газов, актуальных в связи с массовым распространением пестицидов и применением боевых отравляющих веществ. Прежде исследователям приходилось тратить годы на то, чтобы получить десятки новых белков.

При помощи метода фотолитографии, который широко применяется в технологических компаниях для создания компьютерных чипов, исследователи из ИБХ РАН совместно с коллегами из Санкт-Петербургского академического университета и НИИ Общей патологии и патофизиологии создали микрофлюидные чипы с каналами толщиной меньше диаметра волоса для генерации эмульсионных капель. Капли двойной эмульсии «вода – масло – вода» изолировали отдельные клетки, позволяя изучать их уникальные свойства. Используя микрофлюидные чипы, Станислав с коллегами помещал индивидуальные живые клетки в капли, после чего ферментативная и биологическая активность клеток в каплях изучалась в МГУ имени М.В. Ломоносова при помощи флуоресцентно-активированного клеточного сортера. Флуоресценция капель помогала определить наиболее активные клетки. Отобранные клетки в каплях в дальнейшем анализировались как классическими молекулярно-биологическими методами, так и современными методами метаболомного анализа и широкомасштабного секвенирования на базе ФНКЦ физико-химической медицины.

«В результате мы получали примерно 108 капель в час и за день отбирали подходящие для нас ферменты с необходимой активностью, — продолжает Станислав. — Например, нам удалось улучшить фермент бутирилхолинэстеразу, которая не только связывала фосфорорганический токсин, но и могла его гидролизовать, то есть уничтожить, и связаться со следующим токсином. Впоследствии мы инкапсулировали бактериальные клетки, чтобы проследить, какие микроорганизмы являются ингибиторами роста высокопатогенных бактерий золотистого стафилококка. Таким образом, наш метод скрининга походит для поиска новых лекарств, как на основе ферментов, так и на основе микроорганизмов, их метаболитов и других биологических объектов».

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.