Кислород критически важен для жизни, и клиницисты могут снабжать пациентов дополнительным кислородом с помощью ИВЛ, лицевых масок и носовых трубок, но ранее не было доступных методов доставки кислорода непосредственно в клетки. Водолазы, космонавты и медики могут радоваться: теперь есть!
Первоначально эта возможность была бы полезна в качестве исследовательского инструмента, но в конечном итоге она могла бы найти важное медицинское применение – например, для улучшения методов лечения, которые теряют эффективность при низком уровне кислорода.
Исследователи Массачусетской больницы общего профиля (MGH) разработали технологию, которая позволяет им создавать клетки, производящие кислород по требованию в ответ на добавленное химическое вещество.
Работой руководил доктор медицинских наук, профессор системной биологии и медицины кафедры молекулярной биологии MGH, лауреат Премии Макартура «Гений» (MacArthur 'Genius' Award) Вамси К. Мутха, чья лаборатория занимается митохондриями. Эти специализированные отсеки внутри клеток производят энергию, для чего им нужен кислород. «Нас интересует, как митохондрии, клетки и организмы адаптируются к изменениям в окружающем кислороде», говорит профессор Мутха.
В настоящее время, если ученые хотят управлять уровнем кислорода в клетках в лаборатории, они помещают чашку Петри, содержащую клетки, в камеру с контролируемой средой. Хотя это полезно, они не могут изменять уровень кислорода в выбранных клетках в определенное время.
«Из-за этой потребности возникла идея генетически закодированной системы, которую можно было бы развернуть в клетках человека для производства собственного кислорода по требованию», говорит Мутха.
Технология включает одновременную экспрессию транспортера и бактериального фермента внутри клетки – вместе эти белки способствуют поглощению хлорита клеткой и ферментативному преобразованию его в кислород и хлорид.
Исследователи назвали свою новую генетическую технологию SNORCL, что означает дополнительный кислород, высвобождаемый из хлорита. SNORCL первого поколения способен производить короткие и умеренные импульсные выбросы кислорода внутри клеток в ответ на добавление хлорита.
«В ближайшей перспективе SNORCL действительно предназначен для исследований, для детальной оценки роли кислорода в передаче сигналов, метаболизме и физиологии. Но в будущем технологии, основанные на SNORCL, могут иметь множество клинических применений», говорит профессор Мутха.
Например, опухоли часто имеют низкий уровень кислорода, что ограничивает эффективность некоторых противораковых методов лечения. SNORCL можно использовать для повышения эффективности этих методов лечения в таких условиях.
