Senzori biologici avansați pentru monitorizarea moleculelor de lipide din celule
În fiecare celulă se află molecule de lipide care constituie membrane celulare, facilitând comunicarea organelilor și reacția la stres.
Cercetătorii au întâmpinat dificultăți în observarea lipidelor în acțiune deoarece instrumentele actuale de detecție nu dispun de sensibilitate și selectivitate suficiente, împiedicând astfel progresele în înțelegerea acestora.
Recent, o echipă condusă de cercetători de la Universitatea din Osaka a dezvoltat o metodă pentru a „evolua” senzori biologici personalizați, capabili să monitorizeze aceste molecule în celule vii. Într-un studiu publicat luna aceasta în Nature Cell Biology, echipa multidisciplinară a introdus metoda Cell surface Liposome Binding (CLiB), un sistem de testare de înaltă capacitate care utilizează celule de drojdie, liposome – capsule microscopice din lipide – și citiri de fluorescență pentru a verifica modul în care mii de variante proteice se leagă de lipide.
Până acum, cercetătorii nu au avut o modalitate sistematică de a dezvolta biosenzori specifici pentru lipide, ceea ce a constituit un obstacol major în studiul rolurilor lipidelor în biologie și boli. Dar această nouă tehnologie de înaltă capacitate, metoda CLiB, ne permite să testăm un număr imens de proteine simultan și să găsim rapid cele mai bune corespondențe.
Folosind metoda CLiB, echipa a analizat o bibliotecă de variante proteice și a rafinat un senzor existent printr-un proces asemănător evoluției, creând o nouă sondă numită PX-SnxAGV. Această sondă poate detecta lipidele de semnal rare PI(3,5)P2, care au fost greu de urmărit din cauza cantităților extrem de mici în care apar.
În celulele vii, această sondă a dezvăluit un model surprinzător: în condiții de stres, cum ar fi creșteri bruște ale sării, PI(3,5)P2 se acumulează în regiuni mici și distincte ale membranei. Similar, în celulele mamiferelor care suferă microautofagie – un proces de „autoinghițire” prin care lizozomii, centrele de reciclare ale celulei, înghit direct și descompun componentele deteriorate – PI(3,5)P2 este îmbogățit în zonele unde membrana începe să se plieze pentru a-și îngloba încărcătura.
Pe lângă aceste descoperiri, noua metodă CLiB ar putea avea aplicații extinse. Multe boli implică probleme cu membrane celulare, astfel că o mai bună înțelegere a lipidelor ar putea deschide noi căi pentru tratamente.
„Cu aceste sonde, putem acum observa când și unde apar lipidele în interiorul celulelor”, explică Nishimura. „Aceste progrese vor aprofunda înțelegerea noastră asupra mediilor lipidice ale membranei și cum acestea influențează o gamă largă de boli, cum ar fi cancerul, diabetul și bolile neurodegenerative.”
Prin detectarea moleculelor care au fost anterior invizibile, metoda CLiB oferă o nouă modalitate de a studia funcționarea internă a celulelor, având potențialul de a accelera descoperirile în biologia celulară, cercetarea medicală și dezvoltarea de medicamente asistată de inteligență artificială.
