Зеленый флуоресцентный белок широко используется в молекулярной биологии и биомедицине, в частности, в качестве индикатора для диагностики различных заболеваний. Красноярские ученые научились усиливать свечение белка за счет помещения его в микрорезонатор и возбуждения сверхкороткими лазерными импульсами. Это позволит расширить традиционные техники лазерно-индуцированной флуоресценции в биомедицинских приложениях и повысит чувствительность диагностических биосенсоров. Результаты исследования опубликованы в журнале Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Открытие зеленого флуоресцентного белка, которое в 2008 году было отмечено Нобелевской премией по химии, совершило революцию в молекулярной биологии и определило стремительный прогресс в области биофотоники. Лабораторные методы анализа, основанные на флуоресценции, отличаются высокой чувствительностью и быстротой отклика. Методы флуоресцентного анализа используются как в фундаментальных исследованиях для изучения структуры и функции белков и нуклеиновых кислот, так и в биомедицинских приложениях, например, молекулярной диагностике.
Красноярские ученые, при ведущем участии исследователей из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», усилили свечение зеленого флуоресцентного белка — источника флуоресцентного сигнала, при помощи микрорезонатора и лазерных импульсов. Усиление свечения белка позволит повысить чувствительность диагностических биосенсоров.
Микрорезонаторы — это своеобразные «ловушки для света». За счет концентрации световой энергии они способны обеспечить увеличение интенсивности света на определенных частотах. В эксперименте красноярских ученых раствор зеленого флуоресцентного белка был помещен в микрорезонатор, чтобы усилить флуоресцентного сигнала. Свечение белка возбуждалось фемтосекундными лазерными импульсами, что привело к усилению флуоресценции под действием лазерных импульсов и увеличению времени свечения.
«Метод лазерно-индуцированной флуоресценции позволяет изучать биологические объекты со слабовыраженными люминесцентными свойствами или образцы с низкой концентрацией флуорофора. Особенность работы состоит в использовании фемтосекундных лазерных импульсов в качестве излучения, возбуждающего флуоресценцию. Они широко используются для исследования быстропротекающих процессов в природе. Обладая рядом преимуществ, такими как отсутствие нежелательных тепловых эффектов в объеме образца и высокая пиковая интенсивность, сверхкороткие лазерные импульсы могут применяться в различных биомедицинских приложениях. В данной работе нас интересовала возможность усиления сигнала флуоресценции и соответствующая величина усиления», — рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Михайлович Вьюнышев.
Исследователи отметили, что полученные знания представляют интерес для потенциальных приложений биофотоники. Усиление флуоресцентного сигнала в различных биотестах позволит снизить пределы обнаружения биомаркеров при низких концентрациях маркерных веществ в образце.
В исследовании принимали участие специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирского федерального университета и Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва. Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований.
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
