Команда Клауса Хана из Университета Северной Каролины занялась дрессировкой отдельных клеток. Облучая определенный регион клетки, ученые заставили «подопечную» двигаться в нужном им направлении.
Свет управляет жизнью
Естественно, они не баловались, развлекая своих «питомцев», как это делают дети с кошками при помощи лазерной указки, а сделали очередной шаг в использовании света для контроля функций клеток.
Свет, как и большинство мощных физических воздействий, сильно влияет на наш организм. Обычно восприятие света обеспечивается специальными рецепторами, встроенными в мембрану клеток. Это могут быть палочки и колбочки с различными белками, чувствительными к характерной длине волны, примитивные «глазки» одноклеточных водорослей и даже нейроны головного мозга, сохранившие рецепторы.
Так как возбуждение обычно охватывает клетку (точнее, ее мембрану) целиком, то свет не может изменить состояние отдельных элементов, не затронув остальные. Впрочем, если воспользоваться фотонами ультрафиолетового света, обладающими высокой энергией, то можно и локально «раскрутить» белок и даже изменить геном. Впрочем, эти изменения нельзя назвать направленными: во-первых, их трудно дозировать, а во-вторых, трудно локализовать эффект.
Сделано в этой области немало: добавляя в геном любых клеток организма ген фоточувствительного канала-пигмента, можно научить их воспринимать фотоны. Кроме того, количество фотоактивных соединений растет с каждым днем -- это и молекулы, становящиеся токсичными при облучении, и взрывающиеся при контакте со светом «нанобомбы». И те и другие уже нашли применение в онкологии.
Впрочем, если пытаться перенести эти достижения на субклеточный уровень, то актуальным становится вопрос избирательной доставки и локализации пигментов. Вторая проблема -- точность облучения, ведь нужно осветить заданный (и очень небольшой) объем ткани, и это должен быть не характерный для микроскопов цилиндр, а точка.
Авторы публикации в Nature разом решили все проблемы. Во-первых, они воспользовались видимым светом (с длиной волны 458 или 473 нанометра), минимизировав повреждение остальных регионов клетки. Во-вторых, лазерный пучок подавался через объектив конфокального микроскопа, что позволило возбуждать единичный воксел ткани.
Но главное достижение Хана и соавторов -- фоточувствительный элемент. Они взяли часть белка фототропина из обычного посевного овса и соединили ее с ферментом Rac1, который способен менять состояние цитоскелета.
Достаточно было посветить, как тут же началась кардинальная перестройка -- сначала образовался небольшой вырост, после чего клетка «подтянула» остальное тельце. Для ученых это отличная возможность отследить все участвующие в процессе молекулы, ведь ту же самую генетическую конструкцию можно вставить в любую эукариотическую клетку, способную к передвижению.
