Исследователи из Института биологии и биотехнологии растений Вестфальского университета имени Вильгельма (Германия) разработали метод биосенсорной технологии «в живой клетке». Он позволил ученым в режиме реального времени отслеживать, как изменения окружающей среды – например, свет, температура, засуха, наводнение или заражение вредителями – влияют на центральный метаболизм растения резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana). Новость опубликована на сайте университета. Результаты исследования появились в журнале The Plant Cell.
Команда исследователей обнаружила внутри растений генетически закодированный сенсор, через который она смогла посмотреть на метаболический процесс внутри растения, не видимый снаружи. Биосенсор состоит из «элемента распознавания» – белка, связывающего молекулу, которую нужно обнаружить, – и «элемента считывания» – белка, который переводит связывание с «элементом распознавания» в световой сигнал.
Сенсор может напрямую связывать, а затем высвобождать молекулы NAD и NADH. Так называемая окислительно-восстановительная система NAD играет большую роль в переносе электронов в процессе метаболизма почти у всех живых существ. Датчик состоит из флуоресцентного сине-зеленого белка и красного белка, оба из которых изменяют свою яркость в зависимости от статуса NAD в клетке. Ученые считывают показания сенсора в живых клетках с помощью современного конфокального лазерного сканирующего микроскопа.
«Для нас этот новый метод является достижением в плане методологии, потому что теперь мы можем напрямую увидеть метаболические процессы именно там, где они происходят в растении, – объясняет профессор Маркус Шварцлендер (Markus Schwarzländer), возглавляющий рабочую группу по энергетической биологии растений в Вестфальском университете. – Например, для нас было полной неожиданностью наблюдать, что такой ключевой процесс, как метаболизм NAD, так фундаментально изменяется во время иммунной реакции».
Практически одновременно с публикацией в The Plant Cell в журнале Nature Communications была опубликована работа исследователей из Гонконга, который также наблюдали за внутренними процессами растений с помощью биосенсоров. Гонконгские ученые экспрессировали внутри растения другой сенсор NAD, чтобы изучить фотосинтез. Результаты обоих исследований подтверждают друг друга.
«Информация, полученная с помощью нового метода, может сыграть ключевую роль в будущем в выращивании растений, которые сделают наше производство продуктов питания более устойчивым и будут способствовать смягчению последствий изменения климата», – добавляет Шварцлендер. Также, возможно, получится распознавать стресс сельскохозяйственных культур на ранних стадиях.
[Фото: PLANT ENERGY BIOLOGY LAB/JANINA STEINBECK]
