Российские исследователи вместе с зарубежными коллегами придумали новый биосенсор, который позволит наблюдать за процессами метаболизма в живых организмах. Он может обнаруживать сверхнизкие концентрации перекиси водорода — одного из основных соединений, участвующих в обмене веществ. О своей работе биохимики рассказали в журнале Cell Metabolism.

Перекись водорода H₂О₂ — одна из главных молекул в организме живых существ. Она создается в процессе метаболизма, а также выделяется специализированными ферментными системами и отвечает за регулирование работы различных биохимических процессов. Однако при повышении ее концентрации может произойти так называемый окислительный стресс — избыток активных форм кислорода в организме. Из-за него возникают многие воспалительные, онкологические и нейродегенеративные заболевания. Обнаружить эту молекулу не так-то просто: она существует всего несколько секунд в очень низких концентрациях.

Разработка поддержанных грантом Российского научного фонда исследователей позволяет наблюдать за пероксидом водорода в клетке с помощью оптики, например микроскопа, с высокой точностью. В основе нового устройства — зеленый флуоресцентный белок GFP, который поглощает свет с одной длиной волны, а испускает с немного большей. GFP сшивается с другим белком, OxyR, природным сенсором пероксида водорода. В результате флуоресценция GFP меняет свои свойства при взаимодействии зонда с пероксидом.

OxyR есть почти у всех бактерий. Поскольку исследователи не знали заранее, какой из белков окажется наиболее чувствительным, то выбрали для эксперимента 11 разных его модификаций из разных неродственных друг другу видов микроорганизмов. Самым чувствительным оказался белок, добытый из менингококка Neisseria meningitidis, который обитает в носоглотке человека и вызывает менингит и назофарингит. OxyR этой бактерии реагирует на окисление пероксидом водорода, но при этом нечувствителен к другим активным формам кислорода.

«Видимо, менингококк в процессе эволюции выработал очень чувствительный тип OxyR, который селективен к пероксиду водорода. Это позволяет ему заранее чувствовать активацию нейтрофилов и макрофагов — иммунных клеток организма хозяина, использующих пероксид водорода для устранения бактерии. В ответ менингококк способен усиливать свои антиоксидантные системы, защищающие его от окислительного стресса», — рассказывает руководитель проекта, заведующий отделом метаболизма и редокс-биологии ИБХ имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, исполняющий обязанности директора Федерального центра мозга и нейротехнологий МЗ РФ Всеволод Белоусов.