КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-74-10105
НазваниеБиолюминесцентные технологии, не требующие добавления субстрата, для клеток животных
Руководитель Мышкина Надежда Михайловна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология
Ключевые слова Оптический имиджинг, cинтетическая биология, биоинженерия, автономная биолюминесценция, биолюминесцентный каскад
Код ГРНТИ34.15.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В технологиях автономной люминесценции субстрат для испускающей свет реакции производится в результате каскада биохимических реакций внутри исследуемых клеток. Из-за этого для проведения измерений не требуется добавление субстрата извне, а требуется лишь оборудование для детекции света. Произошедшее за последние несколько лет развитие технологий автономной люминесценции дает основания считать, что они станут платформой для целого поколения новых методов неинвазивной визуализации физиологических событий.
Способность генетически кодировать весь каскад реакций, требуемый для свечения, открывает возможности неинвазивно визуализировать на уровне тканей практически любое молекулярное событие. Например, становится возможным, поместив гены, отвечающие за свечение, под контроль интересующего промотора, следить за активностью этого промотора во всех тканях организма в течение его жизни. А распределив гены люминесценции между патогеном и организмом-хозяином, получать сигнал только от зараженных клеток, и визуализировать в реальном времени ход инфекции.
Наш научный коллектив за последние годы сделал значительный прогресс в разработке таких технологий (Mitiouchkina et al. Nature Biotechnology 2020, Shakhova et al. Nature Methods 2024). Но хотя нам удалось достичь высокой яркости люминесценции в тканях растений и грибов, в клетках животных биосинтез биолюминесцентного субстрата происходит неэффективно, приводя к крайне низкой яркости свечения. Это препятствие пока не позволяет использовать автономную люминесценцию для решения биомедицинских задач.
В настоящем проекте мы ставим своей задачей создать технологию автономной люминесценции, обеспечивающей в клетках животных достаточную яркость для визуализации физиологии на уровне тканей.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках первого года работы над проектом мы сконцентрировались на реакциях, приводящих к свечению при экзогенном добавлении субстратов цикла кофейной кислоты. Мы разработали протокол временной трансфекции культуры клеток млекопитающих НЕК293Т и измерения биолюминесценции живых клеток, который позволил нам проводить эксперименты в воспроизводимых условиях и с возможностью одновременного тестирования различных вариантов.
При реализации этого подхода мы подтвердили, что гиспидинсинтаза – фермент, катализирующий превращение кофейной кислоты в гиспидин, непосредственный предшественник люциферина грибов – оказывает наибольшее влияние на биолюминесцентный сигнал. Так, изменение её количества и в сторону уменьшения, и в сторону увеличения прямо пропорционально и существенно влияет на интенсивность сигнала.
Также мы отобрали и протестировали альтернативные ферменты цикла кофейной кислоты из различных источников, включая природные и искусственно полученные варианты. Благодаря этой проверке мы смогли отобрать наиболее перспективные ферменты-кандидаты среди гиспидин-3-гидроксилаз и люцифераз для дальнейшей работы, использование которых приводило к более высокому биолюминесцентному сигналу. Оптимизация последовательностей этих ферментов с помощью алгоритма, учитывающего частоту бикодоновых пар в клетках млекопитающих, привела к ещё большему увеличению яркости биолюминесцентного сигнала.
Публикации
1.
Фадеева А.А., Осипова З.М., Чепурных Т.В. , Мышкина Н.М.
Современные модели визуализации опухолей у грызунов: возможности и перспективы в трансляционной медицине
Вестник РГМУ, Фадеева, А. А., Осипова, З. М., Чепурных, Т. В., Мышкина, Н. М. Современные модели визуализации опухолей у грызунов: возможности и перспективы в трансляционной медицине // Вестник РГМУ. 2025. №2. С. –. DOI: 10.24075/vrgmu.2025.015 (год публикации - 2025)
10.24075/vrgmu.2025.015