Доктор, у меня клетки светятся: как РНК поможет нам диагностировать скрытые болезни

Американские биологи создали принципиально новую диагностическую систему на основе наших собственных клеток.

В основе разработки лежит уникальное свойство рибонуклеиновой кислоты — универсального биологического регулятора, присутствующего во всех живых существах. При правильной модификации эта молекула способна не только считывать генетическую информацию и управлять синтезом белков, но и реагировать на появление конкретных химических соединений, запуская процесс биолюминесценции.

Механизм работы биосенсора напоминает молекулярный выключатель света. Когда в клетке появляются определённые вещества, они вступают в реакцию со специальной молекулой-рецептором. Образовавшееся соединение — производное гидроксибензилиден-имидазолинона — присоединяется к заранее подготовленному участку РНК. В результате такого взаимодействия возникает яркое свечение строго определённого цвета, которое можно зафиксировать с помощью высокочувствительных оптических приборов.

Первые эксперименты группа провела на бактериях кишечной палочки. Микроорганизмы, получившие модифицированную РНК, приобрели способность сигнализировать о наличии в среде мельчайших количеств тех или иных веществ. Примечательно, что это свойство передавалось и следующим поколениям бактерий — после деления материнской клетки дочерние организмы всё еще были чувствительны к патогенам.

Руководитель исследования, профессор Энвер Чагри Изгу, видит широкие перспективы применения этой технологии в медицине. По его словам, в будущем врачи смогут брать у больного небольшой образец тканей во время обычного профилактического осмотра. В лаборатории эти клетки превратят в миниатюрные биосенсоры, сохранив при этом их естественную структуру. А затем вернут в организм пациента, где они сформируют своеобразную защитную сеть. Естественно, никаких рисков отторжения со стороны иммунной системы бояться не нужно. При появлении тревожных биохимических сигналов врачи узнают об опасности незамедлительно.

Особую значимость разработке придаёт способность обнаруживать короткоживущие молекулы, которые обычная РНК не может распознать. Среди них — пероксид водорода и сероводород, уровни которых заметно меняются на ранних стадиях развития онкологических, неврологических и сердечно-сосудистых патологий. В ходе лабораторных испытаний биосенсоры успешно выявляли эти маркеры заболеваний.

Помимо медицинской диагностики, технология открывает новые возможности для мониторинга состояния окружающей среды. Микроорганизмы с внедрённым биосенсором могут предупреждать о наличии загрязняющих веществ в воде, почве или воздухе задолго до того, как их содержание достигнет опасного уровня.