Hui-wang Ai, PhD, (izquierda) y Shen Zhang, PhD, han desarrollado una mejora simple y eficaz para los “biosensores” fluorescentes ampliamente utilizados en la investigación científica y médica. Crédito: cortesía de Ai lab
Los científicos desarrollan un biosensor mejor y más rojo para la investigación biológica.
Con un pequeño ajuste en la paleta de colores, los investigadores de la Facultad de Medicina han facilitado a los científicos la comprensión de los procesos biológicos, el seguimiento de los acontecimientos dentro de las células individuales, desentrañar los misterios de las enfermedades y desarrollar nuevos tratamientos.
Hui-wang Ai, PhD, y Shen Zhang, PhD de UVA, han desarrollado una mejora simple y eficaz de los “biosensores” fluorescentes ampliamente utilizados en la investigación científica y médica. Los biosensores detectan objetivos específicos dentro de las células y los encienden, para que los científicos puedan monitorear y cuantificar eventos biológicos que de otro modo no podrían.
La mayoría de los biosensores de proteínas fluorescentes dan un brillo verde o amarillo, pero Ai y Zhang han descubierto una forma de cambiar el verde al rojo. Esto conlleva grandes beneficios, que incluyen facilitar a los científicos el seguimiento de múltiples objetivos a la vez y la observación más profunda de los tejidos.
“Este método innovador puede convertir no solo los biosensores existentes, sino también cualquier biosensor ecológico desarrollado en el futuro”, dijo Ai. “Las imágenes multicolores y / o multiplexadas con células biosensores fluorescentes serán así ampliamente accesibles”.
Iluminando el camino
Si bien existen biosensores rojos existentes, generalmente son superados por sus contrapartes verdes. Por eso, los científicos han estado ansiosos por encontrar formas de cambiar el color verde al rojo, conservando los beneficios de los sensores verdes y agregando otros nuevos, como reducir la confusión visual que puede ser causada por la fluorescencia natural de los tejidos y las células.
Ai y Zhang encontraron una solución en parte por un golpe de suerte, o “serendipia”, como lo describen en un nuevo artículo científico. En el curso de su trabajo de laboratorio regular, encontraron que agregar un amino particular ácido, 3-aminotirosina, al biosensor verde lo hizo ponerse rojo. Esto es simple de hacer y bastante efectivo, informan. La versión roja conserva el brillo, el rango dinámico y la capacidad de respuesta del sensor verde, al tiempo que ofrece los beneficios adicionales de uno rojo.
“Modificamos un panel de biosensores verdes para iones metálicos, neurotransmisores y metabolitos celulares”. Dijo Zhang. “Se observó una conversión de verde a rojo espontánea y eficiente para todos los biosensores probados, y se necesitaba poca optimización en los sensores individuales”.
Los investigadores probaron su biosensor mejorado en células que producen insulina en el páncreas. Pudieron monitorear el efecto de los altos niveles de glucosa en las células, obteniendo nuevos conocimientos y dando a los investigadores nuevas direcciones para explorar.
Esperan que la actualización rápida y sencilla de sus sensores ofrezca beneficios similares a muchos otros científicos y líneas de investigación científica.
“Tendrá muchas aplicaciones”, dijo Ai, “como la aceleración de nuestra comprensión de cómo el páncreas controla la secreción de insulina o cómo los patrones de actividad neuronal en el cerebro se correlacionan con el comportamiento complejo”.
Descripción de la técnica del biosensor
Los investigadores han descrito su técnica en la revista científica Nature Chemical Biology. Ai y Zhang son parte del Departamento de Fisiología Molecular y Física Biológica de la UVA, el Departamento de Química de la UVA, el Centro de Fisiología Celular y de Membranas y el Centro de Cáncer de la UVA.
Referencia: “Una estrategia general para cambiar al rojo los biosensores basados en proteínas fluorescentes verdes” por Shen Zhang y Hui-wang Ai, 14 de septiembre de 2020, Biología química de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41589-020-0641-7
La investigación fue apoyada por UVA y los Institutos Nacionales de Salud, subvenciones R01GM118675, R01GM129291, U01CA230817 y R01DK122253.
