Издание "Наука в Сибири" сообщает, что исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали аптамер для биолюминесцентного белка обелина и предложили стратегию создания бимодульных аптамерных конструкций. Результаты исследования опубликованы в журнале RSC Advances. 

Аптамеры — короткие фрагменты нуклеиновых кислот, которые благодаря своей пространственной структуре специфично связываются с определенной молекулой-мишенью. Они обладают особенными преимуществами: получением «в пробирке», относительно простым, воспроизводимым и экономичным химическим синтезом, длительным сроком хранения, а также множеством вариантов химических модификаций. В настоящее время такие молекулы — многообещающая альтернатива моноклональным антителам для аналитических и терапевтических применений.
 
Природа аптамеров позволяет ученым создавать разнообразные молекулярные конструкции на их основе. Способность этих молекул изменять свое пространственное строение после связывания с мишенью открывает широкие возможности для создания биосенсоров. «Эти соединения обеспечивают измеряемый, визуальный сигнал. В качестве специфичной молекулы, в нашем случае, используют аптамер, а в роли сигнальной — ферменты, продукты которых либо окрашены, либо светятся», — говорит одна из авторов исследования, главный научный сотрудник Института биофизики СО РАН доктор биологических наук Людмила Франк. В качестве строительных блоков аптамеры хорошо совместимы, поэтому их можно соединять, как конструктор лего, для получения сложных мультифункциональных молекул, свойства которых можно настраивать в зависимости от задачи исследования. 
 
«Это новая разработка. Коллеги из Института биофизики в Красноярске изучают свойства светящихся биолюминесцентных белков, и создают на их основе разнообразные аналитические системы с высокой чувствительностью и специфичностью. В свою очередь, наша лаборатория химии РНК ведет систематическую работу по созданию новых аптамеров, изучению их свойств и возможностей применения. В ходе совместного исследования возникла идея сделать биолюминесцентные биосенсоры, в которых узнающими элементами были бы аптамеры, а сигнальной молекулой — светящийся белок обелин. Такое соединение подходов до нас никто не применял», — говорит старший научный сотрудник лаборатории химии РНК ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Мария Воробьёва.
 
К настоящему времени описаны аптамеры, способные связывать небольшие молекулы, обладающие флуоресценцией, и усиливать их свечение. Например, они успешно используются для визуализации РНК. «В ходе совместной работы мы создали новые модифицированные РНК-аптамеры к обелину и к гемоглобину в качестве мишени и предложили стратегию их интеграции в бимодульную конструкцию с переключаемой структурой. Проблема — правильно состыковать два аптамера, отобранные к разным мишеням так, чтобы они при этом сохранили свои функции, а репортерный модуль присоединялся к нашему белку только в присутствии мишени», — говорит Людмила Франк. 
 
Проведя модельный биолюминесцентный анализ на микропланшетах, ученые выяснили, что такие аптамерные конструкции связывают свои мишени строго последовательным образом. При этом биолюминесцентный сигнал от обелина наблюдали только в присутствии гемоглобина, и величина сигнала росла вместе с концентрацией этого белка.
 
«Известно, что когда репортер присоединяют к биоспецифичной молекуле с помощью химического синтеза, то есть через образование ковалентных связей, его активность частично, а иногда существенно теряется. Это приводит к снижению чувствительности анализа. Нами было показано, что полученный бимодальный аптамер способен нековалентно связываться с требуемыми мишенями. Важным здесь является то, что такое присоединение не портит молекулу — репортер полностью сохраняет свою активность», — говорит Людмила Франк.
 
Предложенная исследователями разработка может быть применима для выявления других мишеней. Для этого надо получить сенсорный модуль аптамера на другую требуемую мишень, а потом состыковать его с уже готовым универсальным репортерным модулем, который узнает сигнальную молекулу — биолюминесцентный белок.

Источник: Наука в Сибири
Фото: Анастасия Федотова