Новости химической науки > Флуоресцентный белок превращает клетку в лазер

Исследователи обнаружили, что при небольшой помощи флуоресцентного белка линии клеток млекопитающих могут быть превращены в «живые лазеры». Результаты исследования могут упростить получение изображений живых клеток, позволяя исследователям наблюдать за протекающими в них процессами.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника.

Бактерия, содержащая флуоресцирующий белок, может испускать лазерное излучение. (Рисунок из Nat Photonics, 2011, DOI: 10.1038/nphoton.2011.99)

Ранее уже приводился ряд экспериментальных свидетельств в пользу того, что зеленый флуоресцирующий белок [green fluorescent protein (GFP)] может поддерживать индуцированное (лазерное) излучение, однако пока еще никто не проверял возможность реализации белком этих свойств в условиях, когда белок находится непосредственно в живой клетке. Сеок Хюн Юн (Seok Hyun Yun) и Мальте Гатер (Malte Gather) из медицинской школы Гарварда решили отметить полувековой юбилей изобретения лазера, превратив в лазер живую клетку.

Обычно зеленый флуоресцирующий белок флуоресцирует при облучении светом, однако Гатер и Юн обнаружили, что очень короткие импульсы (продолжительность около 5 наносекунд) синего света, направленные на клетку, способную к экспрессии GFP, приводили к тому, что белок усиливал свет, и клетка испускала зеленое лазерное излучение. Белок GFP может выступать в роли активной среды для синего света, поскольку энергетические уровни белка эквивалентны уровням, которые характерны для нормальных красителей для лазеров.

В ходе процесса превращения клетки в лазер клетка остается жизнеспособной, хотя Гатер и признается, что в процессе экспериментов подбора биологических методик создания клеток, содержащих белок GFP, он по ошибке и уничтожил достаточное количество биологических материалов. Будучи физиком, Гатеру пришлось овладеть новыми методами по введению гена, ответственного за экспрессию белка в клетки. Гатер отмечает, что и он, и Юн знали в теории, как будет работать этот белок, но ни у кого из них двоих не было идеи, как превратить клетку в лазер на практике, для обоих исследователей это был бесценный опыт.

Добившись генерации лазерного излучения от клетки, Гатер и Юн в настоящее время пытаются интегрировать оптическую полость – два зеркала – в клетку, что кажется им более перспективным, чем использование системы внешних зеркал. Исследователи предполагают, что в будущем такие клетки могут найти применение в биомедицинских исследованиях.

Клайв Бэгшо (Clive Bagshaw) из Университета Калифорнии отмечает, что уже сейчас видит перспективы применения новой методики в разделении клеток и более детального получения изображения живых клеток. Он добавляет, что поскольку излучение клетки характеризуется очень острым пиком, есть возможность использовать для получения живых лазерных излучателей другие модификации белка, отличающиеся длиной волны флуоресцентного излучения.

Источник: Nat Photonics, 2011, DOI: 10.1038/nphoton.2011.99

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #молекулярная электроника, #молекулярные устройства