Bir hücrenin yaşamını aydınlatmak

MIT’de biyolojik mühendislik ve beyin ve bilişsel bilimler profesörü Edward Boyden ’99, MEng ’99, “Biyolojide bir olayın uzun bir olaylar dizisini tetiklediği ve bunun daha sonra belirli bir hücresel fonksiyona neden olduğu birçok örnek vardır” diyor. , bir kitabın kıdemli yazarı kimdir? kağıt İşte. “Merak ettik, bunun olmasını izleyebilir misiniz?”

2020 yılında Boyden’in laboratuvarı, floresan etiketleri farklı konumlara hedefleyerek bir hücre içindeki beş farklı molekülü aynı anda görüntülemenin bir yolunu geliştirdi. Bu yaklaşım “uzaysal çoğullama“, araştırmacıların, hepsi aynı renkte parlıyor olsalar bile farklı moleküllere ait sinyalleri ayırt etmelerini sağlar.

Yeni çalışmada araştırmacılar farklı bir yaklaşım benimsediler: Sinyalleri fiziksel konumlarına göre ayırt etmek yerine zamanla değişen sinyaller yarattılar. Teknik, farklı hızlarda yanıp sönen yeşil ve kırmızı floresan proteinler olan “değiştirilebilir floroforlara” dayanıyor.

Her bir florofor, canlı bir hücre içindeki bir enzim, bir sinyal proteini veya hücre hücre iskeletinin bir kısmı gibi farklı tipte bir molekülü etiketlemek için kullanılabilir. Hücreyi dakikalar, saatler ve hatta günler boyunca görüntüledikten sonra araştırmacılar, insan kulağının farklı ses frekanslarını nasıl seçebildiğine benzer şekilde, her bir florofordan gelen spesifik sinyali seçmek için doğrusal karıştırma olarak bilinen bir hesaplama algoritması kullanıyor.

Bu analiz tamamlandıktan sonra araştırmacılar, görüntüleme süresi boyunca her etiketli molekülün hücrede ne zaman ve nerede bulunduğunu görebilirler. Görüntülemenin kendisi sıradan bir mikroskopla yapılabilir.

Bir laboratuvar kabında yetiştirilen memeli hücrelerini kullanan araştırmacılar, hücre bölünmesi döngüsünde yer alan altı molekülü etiketleyerek yaklaşımlarını gösterdiler. Ayrıca çeşitli enzimleri, hücre yapılarını ve hücre iskeleti ve mitokondri gibi organelleri etiketleyebildiklerini de gösterdiler.

Bu yöntem, hücrelerin besinler, bağışıklık sistemi faktörleri, hormonlar veya nörotransmiterler gibi her türlü girdiye nasıl tepki verdiğini gözlemlemek için yararlı olabilir. Ayrıca hücrelerin gen ifadesindeki değişikliklere veya genetik mutasyonlara nasıl tepki verdiğini incelemek için de kullanılabilir. Tüm bu faktörler büyüme, yaşlanma, kanser, nörodejenerasyon ve hafıza oluşumunda önemli rol oynamaktadır.

Boyden, “Bütün bu fenomenleri, bir besin maddesini yemek, bir şeyler öğrenmek veya enfeksiyona yakalanmak gibi kısa vadeli bir olayın uzun vadeli bir değişime yol açtığı genel bir biyolojik sorun sınıfını temsil ettiğini düşünebilirsiniz” diyor. aynı zamanda Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacısı.

Araştırmacılar şimdi değiştirilebilir florofor repertuarını genişletmeye çalışıyor ve sistemi fare modellerinde kullanılabilecek şekilde uyarlamayı umuyorlar.