Un senzor biologic de nouă generaţie permite observarea directă a reparării ADN-ului în celule vii, oferind o imagine în timp real asupra unui proces esenţial pentru sănătatea organismului. Tehnologia deschide noi direcţii de cercetare în biologie şi medicină, cu potenţial de aplicare în oncologie şi studiul îmbătrânirii.
Un nou senzor permite monitorizarea în timp real a modului în care celulele detectează şi repară leziunile genetice. Instrumentul, dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea Utrecht şi publicat, joi, în revista Nature Communications, este construit pe baza unui domeniu proteic natural, capabil să se lege reversibil de semnalele care apar pe ADN atunci când acesta este afectat.
Spre deosebire de anticorpii utilizaţi în mod obişnuit în laborator, care pot perturba procesele celulare prin legare prea puternică, noul senzor se leagă şi se desprinde spontan, fără să interfereze cu mecanismele de reparare.
ADN-ul este expus zilnic unor agresiuni multiple, de la radiaţii ultraviolete, substanţe chimice, şi până la procese fiziologice interne, iar celulele depun un efort constant pentru a corecta rapid aceste leziuni. Când repararea deteriorărilor ADN-ului şuează pot apărea mutaţii asociate cu îmbătrânirea, cancerul şi diferite boli degenerative.
Până acum, majoritatea tehnicilor de studiu captau doar momente izolate ale procesului, prin distrugerea celulelor şi analizarea lor ulterioară, ceea ce limita înţelegerea mecanismelor dinamicii celulare.
Noul senzor fluorescent schimbă radical această abordare.
Cercetătorii pot filma în timp real momentul în care apare o ruptură în ADN, cum sunt mobilizate proteinele de reparare şi cât durează procesul până la rezolvarea completă a leziunii.
În celule, semnalul senzorului apare sub forma unor puncte verzi luminoase care marchează locurile afectate.
Materialul video surprinde senzorii fluorescenţi în acţiune în interiorul unei celule vii, unde apar ca puncte verde-intens în momentul în care se leagă de zonele de ADN deteriorat. Credit: Universitatea Utrecht, 20 noiembrie 205
Testele au arătat că instrumentul funcţionează nu doar în culturi celulare, ci şi în organisme vii.
În experimentul realizat pe viermele C. elegans, senzorul a identificat clar perioadele în care organismul produce rupturi programate ale ADN-ului în timpul dezvoltării. Această performanţă demonstrează versatilitatea noului instrument şi posibilitatea de a fi utilizat pentru studierea proceselor genetice la nivel de organism.
Un avantaj major al tehnologiei este flexibilitatea.
Domeniul proteic folosit poate fi combinat cu alte componente moleculare, ceea ce permite cartografierea regiunilor genomice unde apare deteriorarea ADN-ului sau identificarea proteinelor care se adună în jurul unui loc afectat.
De asemenea, cercetătorii pot urmări modul în care poziţia unei leziuni în nucleu influenţează eficienţa reparării ADN-ului.
Deşi senzorul nu este un instrument terapeutic, utilitatea sa pentru cercetarea medicală este importantă.
Multe tratamente oncologice funcţionează prin inducerea de leziuni ADN în celulele tumorale, iar cuantificarea exactă a acestor leziuni este esenţială în fazele de dezvoltare a medicamentelor.
Noul instrument ar putea simplifica aceste analize şi le-ar putea spori acurateţea. În viitor, ar putea fi utilizat şi pentru investigarea efectelor îmbătrânirii, a expunerii la radiaţii sau a factorilor mutageni din mediu - factori din mediu care produc modificări în structură şi funcţiile materialului genetic
Interesul este deja ridicat pentru noul instrument, iar autorii au pus senzorul la dispoziţia comunităţii ştiinţifice, pentru a facilita utilizarea sa în laboratoare din întreaga lume.
Cercetătorii subliniază că simplitatea şi acurateţea instrumentului îl fac potrivit pentru o gamă largă de aplicaţii, oferind o perspectivă fără precedent asupra modului în care celulele îşi menţin integritatea genetică.
