Новый биосенсор IronSenseR позволяет отслеживать железо (II) в живых клетках в реальном времени

Учёные из Центра структурных исследований (CSS) Генриха Гейне в Дюссельдорфе разработали новый биосенсор «IronSenseR», позволяющий в реальном времени наблюдать за концентрацией ионов железа (II) (Fe²⁺) в живых клетках. Железо является жизненно важным микроэлементом, а его концентрация и окислительно-восстановительное состояние (железо (II) или железо (III)) играют ключевую роль в клеточном дыхании и других метаболических процессах.

До сих пор возможность наблюдать за подвижным железом в живых организмах была крайне ограничена. Как заявил ведущий автор исследования доктор Атанасиос Пападопулос, новый биосенсор IronSenseR теперь позволяет проводить такие эксперименты и исследовать распределение и функцию железа в живых клетках. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Sensors.

«Этот биосенсор позволяет проводить точные измерения метаболизма железа, что, в свою очередь, открывает возможности для дальнейших исследований заболеваний, связанных с железом», — добавляет второй автор-корреспондент доктор Кристоф Г. В. Гертцен.

Для создания биосенсора исследователи использовали новый компьютерный метод «CoBiSe» (Computational Biosensor Design). Этот подход позволяет целенаправленно находить участки на связывающих белках, куда можно встроить сенсорные кассеты с флуоресцентными молекулами. Эти молекулы становятся видимыми под микроскопом, показывая местоположение искомых биологических структур. Важно, что такие вставки не нарушают функцию исходных белков.

Биосенсор IronSenseR был успешно внедрён в различные бактериальные системы, включая кишечную палочку (Escherichia coli) и синегнойную палочку (Pseudomonas putida), для наблюдения за изменениями внутриклеточного пула железа.

Как подчеркнул автор-корреспондент профессор доктор Сандер Смитс, по сравнению с традиционными методами, требующими сложных и длительных экспериментов, CoBiSe значительно сокращает трудозатраты и время, необходимое для разработки функциональных биосенсоров, что ускоряет их практическое применение. Учёные надеются, что метод CoBiSe можно будет использовать и для быстрого создания биосенсоров для других метаболитов, ионов металлов, а также для разработки специализированных белков, например, ферментов.

Интересный факт: Железо является одним из самых распространённых элементов на Земле и ключевым компонентом гемоглобина, который переносит кислород в крови. Однако его избыток или недостаток в клетках может приводить к серьёзным заболеваниям, таким как анемия или гемохроматоз. Новые инструменты для его отслеживания в реальном времени могут стать прорывом в понимании этих состояний и разработке методов их коррекции.