Ученые разработали метод количественной визуализации АТФ в живых клетках в реальном времени

Рис. 1. qMaLioffG — индикатор АТФ, преобразующий концентрацию АТФ во время флуоресценции. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64946-2

Исследователи из Института нано-биологических наук (WPI-NanoLSI) Университета Канадзавы разработали метод количественной визуализации уровня АТФ внутри живых клеток. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, представляет qMaLioffG — генетически закодированный индикатор на основе времени флуоресценции, который позволяет ученым наблюдать, как клетки производят и потребляют энергию в реальном времени.

АТФ (аденозинтрифосфат) — это универсальное «топливо» для жизни, питающее почти все биологические процессы. Точное измерение уровня АТФ внутри клеток долгое время было сложной задачей: традиционные флуоресцентные индикаторы часто дают лишь приблизительные оценки и подвержены ошибкам из-за интенсивности света или условий съемки. Новый метод решает эти проблемы, полагаясь на время флуоресценции — продолжительность свечения флуоресцентного белка после импульсного возбуждения, а не на его яркость. Это делает измерения более количественными и надежными.

Экспериментальный подход

Команда под руководством Сатоси Араи создала qMaLioffG, тщательно модифицировав флуоресцентный белок, который ведет себя по-разному в зависимости от количества присутствующего АТФ. Когда АТФ связывается с этим белком, продолжительность его свечения изменяется предсказуемым образом. В отличие от яркости, на которую могут влиять настройки микроскопа или форма клетки, время флуоресценции не зависит от экспериментальных условий и отражает фактическое количество АТФ.

Для тестирования метода исследователи ввели белок qMaLioffG в различные живые клетки и ткани, включая клетки кожи человека, раковые клетки, эмбриональные стволовые клетки мыши и даже мозг плодовой мушки.

Рис. 2. Карта распределения АТФ в мозге дрозофилы. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64946-2

Затем они применили микроскопию с визуализацией времени флуоресценции (FLIM), которая фиксирует эти тонкие изменения. Это позволило создать точные карты уровня АТФ в клетках и тканях, показывающие, где и как используется энергия.

Ключевые выводы

• qMaLioffG обеспечивает надежную количественную визуализацию АТФ в живых клетках.
• Метод работает в различных системах: от фибробластов пациентов до раковых клеток, стволовых клеток и мозга плодовой мушки.
• Он выявляет тонкие различия в использовании энергии в разных тканях и моделях заболеваний.

«Это первый случай, когда мы можем проводить истинно количественную визуализацию уровня АТФ внутри живых клеток в реальном времени, — сказал Араи. — Это открывает захватывающие возможности для понимания энергетического метаболизма при таких состояниях, как рак, нейродегенеративные заболевания, и в биологии стволовых клеток».

Потенциальное влияние и будущие исследования

Новый метод, совместимый со стандартными лазерными системами, может ускорить исследования в области энергетического метаболизма, регенеративной медицины и механизмов болезней. Хотя qMaLioffG представляет собой значительный шаг вперед, предстоит адаптировать его для целых живых организмов и долгосрочного наблюдения. Будущие направления включают клиническую валидацию для изучения болезней, интеграцию с другими методами визуализации и применение в открытии новых лекарств.

Больше информации: Satoshi Arai et al, qMaLioffG: a genetically encoded green fluorescence lifetime-based indicator enabling quantitative imaging of intracellular ATP, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64946-2