- 28,401
- 46
- 8 Ноя 2022
<meta itemprop="description" content="Ученые получили новый инструмент для наблюдения за жизнью клетки почти в реальном времени. С помощью систем искусственного интеллекта..."> <div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/675;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Ученые получили новый инструмент для наблюдения за жизнью клетки почти в реальном времени. С помощью систем искусственного интеллекта исследователи создали с нуля крошечные белковые метки, которые прикрепляются к выбранным молекулам и заставляют их ярко светиться под микроскопом. Разработка получила название NovoTags и может заметно расширить возможности клеточной биологии.
Современные микроскопы позволяют увидеть отдельные структуры клетки, однако найти конкретный белок среди миллионов молекул по-прежнему сложно. Обычно ученые присоединяют к интересующему белку флуоресцентную метку, которая светится при облучении. Существующие системы работают лишь с ограниченным набором красителей и плохо подходят для одновременного наблюдения за множеством процессов.
Исследователи из Института белкового дизайна Вашингтонского университета, научного центра Janelia и Европейской лаборатории молекулярной биологии разработали небольшие искусственные белки, способные захватывать определенные флуоресцентные красители Janelia Fluor. Ученые создали три независимые метки для зеленого, оранжевого и дальнего красного диапазонов. Каждую метку можно генетически присоединить к выбранному белку, после чего краситель подсветит нужную молекулу внутри живой клетки.
Белковые структуры проектировали не путем перебора природных вариантов. Алгоритм RFdiffusion строил форму будущего белка, а LigandMPNN подбирал последовательность аминокислот. Затем AlphaFold и RoseTTAFold проверяли, сможет ли полученная молекула принять нужную форму. Наиболее перспективные конструкции ученые синтезировали и испытывали в лаборатории.
В отличие от обычных флуоресцентных белков, NovoTags сами по себе не светятся. Искусственный белок образует вокруг молекулы красителя своеобразный карман, прочно удерживает краситель и меняет его оптические свойства. Благодаря высокой яркости и точному связыванию метки подходят для сверхразрешающей микроскопии, которая показывает детали меньше предела обычного светового микроскопа.
Во время экспериментов исследователи использовали NovoTags в живых человеческих клетках. Метки позволили отдельно подсветить эндосомы, митохондрии и хроматин. Ученые также применили STED-микроскопию и метод измерения времени жизни флуоресценции, при котором метки различают не только по цвету, но и по продолжительности свечения.
Сочетание двух параметров может значительно увеличить число объектов, доступных для одновременного наблюдения. По оценке авторов, разные комбинации цвета и времени свечения в будущем позволят различать до 30 белков в одной клетке. Пока речь идет о потенциальной возможности, а не о готовой системе для одновременного отслеживания трех десятков молекул. Последующие эксперименты должны подтвердить, насколько надежно метод работает при столь плотной маркировке.
Команда также создала управляемую версию системы под названием NovoSplit. Исследователи разделили искусственный белок на две части и присоединили каждую половину к отдельной молекуле. После добавления нужного красителя две части соединяются, словно детали конструктора, и сближают связанные с ними белки. Краситель в такой схеме служит одновременно флуоресцентной меткой и молекулярным клеем.
NovoSplit позволяет ученым не только наблюдать за взаимодействием белков, но и включать такое взаимодействие в выбранный момент. Метод поможет изучать клеточные сигналы, сборку молекулярных комплексов и другие процессы, которые зависят от кратковременного контакта между белками.
В дальнейшем разработчики рассчитывают объединить NovoTags с криоэлектронной томографией. Такой подход позволит сначала найти нужный белок по свечению, а затем рассмотреть окружающие молекулярные структуры с гораздо более высоким разрешением. Ученые смогут сопоставить положение белка с его формой и функцией непосредственно внутри замороженной клетки, сохранившей почти естественное состояние.
Последовательности NovoTags и совместимые красители исследователи открыли для научного сообщества. Лаборатории уже расширяют набор меток и создают варианты для новых цветов и задач. Результаты работы опубликованы 16 июля 2026 года в журнале Science.
<div itemprop="articleBody">Ученые получили новый инструмент для наблюдения за жизнью клетки почти в реальном времени. С помощью систем искусственного интеллекта исследователи создали с нуля крошечные белковые метки, которые прикрепляются к выбранным молекулам и заставляют их ярко светиться под микроскопом. Разработка получила название NovoTags и может заметно расширить возможности клеточной биологии.
Современные микроскопы позволяют увидеть отдельные структуры клетки, однако найти конкретный белок среди миллионов молекул по-прежнему сложно. Обычно ученые присоединяют к интересующему белку флуоресцентную метку, которая светится при облучении. Существующие системы работают лишь с ограниченным набором красителей и плохо подходят для одновременного наблюдения за множеством процессов.
Исследователи из Института белкового дизайна Вашингтонского университета, научного центра Janelia и Европейской лаборатории молекулярной биологии разработали небольшие искусственные белки, способные захватывать определенные флуоресцентные красители Janelia Fluor. Ученые создали три независимые метки для зеленого, оранжевого и дальнего красного диапазонов. Каждую метку можно генетически присоединить к выбранному белку, после чего краситель подсветит нужную молекулу внутри живой клетки.
Белковые структуры проектировали не путем перебора природных вариантов. Алгоритм RFdiffusion строил форму будущего белка, а LigandMPNN подбирал последовательность аминокислот. Затем AlphaFold и RoseTTAFold проверяли, сможет ли полученная молекула принять нужную форму. Наиболее перспективные конструкции ученые синтезировали и испытывали в лаборатории.
В отличие от обычных флуоресцентных белков, NovoTags сами по себе не светятся. Искусственный белок образует вокруг молекулы красителя своеобразный карман, прочно удерживает краситель и меняет его оптические свойства. Благодаря высокой яркости и точному связыванию метки подходят для сверхразрешающей микроскопии, которая показывает детали меньше предела обычного светового микроскопа.
Во время экспериментов исследователи использовали NovoTags в живых человеческих клетках. Метки позволили отдельно подсветить эндосомы, митохондрии и хроматин. Ученые также применили STED-микроскопию и метод измерения времени жизни флуоресценции, при котором метки различают не только по цвету, но и по продолжительности свечения.
Сочетание двух параметров может значительно увеличить число объектов, доступных для одновременного наблюдения. По оценке авторов, разные комбинации цвета и времени свечения в будущем позволят различать до 30 белков в одной клетке. Пока речь идет о потенциальной возможности, а не о готовой системе для одновременного отслеживания трех десятков молекул. Последующие эксперименты должны подтвердить, насколько надежно метод работает при столь плотной маркировке.
Команда также создала управляемую версию системы под названием NovoSplit. Исследователи разделили искусственный белок на две части и присоединили каждую половину к отдельной молекуле. После добавления нужного красителя две части соединяются, словно детали конструктора, и сближают связанные с ними белки. Краситель в такой схеме служит одновременно флуоресцентной меткой и молекулярным клеем.
NovoSplit позволяет ученым не только наблюдать за взаимодействием белков, но и включать такое взаимодействие в выбранный момент. Метод поможет изучать клеточные сигналы, сборку молекулярных комплексов и другие процессы, которые зависят от кратковременного контакта между белками.
В дальнейшем разработчики рассчитывают объединить NovoTags с криоэлектронной томографией. Такой подход позволит сначала найти нужный белок по свечению, а затем рассмотреть окружающие молекулярные структуры с гораздо более высоким разрешением. Ученые смогут сопоставить положение белка с его формой и функцией непосредственно внутри замороженной клетки, сохранившей почти естественное состояние.
Последовательности NovoTags и совместимые красители исследователи открыли для научного сообщества. Лаборатории уже расширяют набор меток и создают варианты для новых цветов и задач. Результаты работы опубликованы 16 июля 2026 года в журнале Science.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
