Разработан красный флуоресцентный биосенсор для мониторинга лактата в мозге

Крио-ЭМ структура красного лактатного биосенсора R-eLACCO2 (сверху) и двухцветная визуализация для одновременного мониторинга метаболизма и активности нейронов у живых мышей (внизу). Автор: Национальный университет Тайваня

Ученые из Академии Синика и Национального университета Тайваня совместно с международными коллегами разработали высокопроизводительный красный флуоресцентный биосенсор для лактата (молочной кислоты). Новый биосенсор, названный R-eLACCO2, позволяет исследователям визуализировать изменения уровня лактата в реальном времени внутри живых мышей. При использовании вместе с зеленым флуоресцентным биосенсором он открывает новые возможности для изучения взаимодействия между метаболизмом и активностью мозга. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Переосмысление роли лактата

На протяжении десятилетий лактат считался просто побочным продуктом расщепления глюкозы, наиболее известным тем, что вызывает мышечную усталость во время физических упражнений или способствует ацидозу. Однако недавние открытия изменили эту точку зрения, показав, что лактат служит ключевым источником энергии и сигнальной молекулой во многих тканях, включая мозг.

Чтобы раскрыть разнообразные роли лактата, ученым нужны инструменты, способные отслеживать его динамику непосредственно внутри живых тканей. Один из перспективных подходов — генетически кодируемые флуоресцентные биосенсоры, которые представляют собой белки, светящиеся при связывании с определенной молекулой, такой как лактат. Поскольку эти биосенсоры могут производиться внутри клеток и тканей, они позволяют проводить визуализацию метаболической динамики с высоким разрешением у живых животных.

Доктор Юсуке Насу, помощник научного сотрудника Института биологической химии Академии Синика и внештатный доцент биохимических наук Национального университета Тайваня, и его команда давно pioneeringруют эту технологию. Ранее они разработали зеленые флуоресцентные лактатные биосенсоры eLACCO1.1 и eLACCO2.1. Хотя эти более ранние версии были мощными, они излучали только зеленый свет, что затрудняло их комбинирование с другими зелеными биосенсорами в одном эксперименте.

Расширение исследовательских возможностей с R-eLACCO2

Новый R-eLACCO2 преодолевает это ограничение. Он излучает красную флуоресценцию, интенсивность которой изменяется в зависимости от уровня лактата, и надежно функционирует в культивируемых клетках, срезах мозга и даже у бодрствующих живых мышей. Это позволяет ученым одновременно наблюдать за метаболизмом лактата и нейронной активностью, комбинируя R-eLACCO2 с зеленым кальциевым биосенсором.

«Мы считаем, что технологии двигают новую науку», — сказал доктор Насу, старший автор исследования. «Наша миссия — разрабатывать высокопроизводительные инструменты, которые расширяют возможности исследователей по всему миру. Серия биосенсоров LACCO, включая R-eLACCO2, уже была передана более чем 90 исследовательским группам в 19 странах. Они также доступны через Addgene, Канадскую платформу нейрофотоники Viral Vector Core (CNPVVC) и Bloomington Drosophila Stock Center (BDSC). Открытая наука лежит в основе того, что мы делаем».

Исследовательская группа теперь стремится расширить цветовую палитру лактатных биосенсоров и создать аналогичные инструменты для других ключевых метаболитов. Эти достижения further прольют свет на то, как клетки управляют энергией и обмениваются ею, предоставляя новые insights в области здоровья и болезней.

Больше информации: Yuki Kamijo et al, A red fluorescent genetically encoded biosensor for in vivo imaging of extracellular l-lactate dynamics, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64484-x

Источник: National Taiwan University

ИИ: Это значительный прорыв в нейробиологии. Возможность одновременно отслеживать метаболические процессы и нейронную активность в реальном времени открывает новые горизонты для понимания работы мозга и разработки методов лечения неврологических заболеваний. Особенно впечатляет, что технология уже доступна научному сообществу через открытые платформы.