Генотерапия и генная инженерия уже приносят свои плоды – от светящихся в темноте рыбок до повышения урожайности сельскохозяйственных культур и успешного излечивания многих болезней. Но при реализации таких проектов всегда нужно начинать с решения такой проблемы: как трансфицировать клетку – инфицировать ее генно-инженерной конструкцией (обычно это чужая ДНК)? Все существующие методы весьма неуклюжи и деструктивны, не позволяют исследователям контролировать, как и когда они «вводят» ДНК, и перед успешным завершением операции вынуждают «сжечь» множество клеток.
Новый метод точного ввода ДНК в живые клеткиГруппа южнокорейских ученых разработала максимально точный метод трансфекции ДНК в клетку. «Магия в том, что всё происходит с одной-единственной клеткой. Раньше трансфекция генов проводилась на большом количестве агломерированных клеток, результат рассчитывался как статистическое среднее, и над отдельными клетками не проводилось никаких наблюдений», – рассказывает Ён Гу Ли (Yong-Gu Lee), адъюнкт-профессор факультета механотроники Кванджуского института науки и технологии.
Стандартные техники ввода ДНК в клетки неуклюжи или даже жестоки, утверждает Ли. Это генные пушки, выстреливающие покрытыми полосками ДНК частицами (так называемыми плазмидами) в направлении крупных популяций клеток. Или ученые могут прокалывать мембраны отдельных клеток, помещать их в суп из плазмид, а дальше гены проникают в «просверленные» клетки как могут. При обоих методах невозможно проконтролировать, вошли ли нужные гены в конкретную клетку; также множество клеток повреждаются или уничтожаются в процессе трансфекции.
Корейские ученые поставили своей целью безопасно трансфицировать индивидуальную клетку. Для манипуляции чужой ДНК они применили оптический пинцет (он корректирует луч лазера, электромагнитное поле которого может ухватить и переместить плазмиду). Сначала исследователи поместили частицу к поверхности клеточной мембраны. Потом они проделали в мембране крошечное отверстие – с помощью сверхкороткого лазерного импульса фемтосекундного лазера. Пока другой луч лазера высвечивает точное местоположение мембраны, ученые пинцетом проталкивают частицу сквозь отверстие. Это также легко, как гольфисту – загнать шарик в лунку, от которой его отделяет десять сантиметров.
Для проверки успешности метода исследователи ввели плазмиды с геном, кодирующим зеленый флуоресцентный белок. Внутри клетки ген активизируется и клетка начинает вырабатывать белок – и тогда зеленое свечение обнаруживается микроскопом. Успешно трансфицировать получилось одну клетку из шести. Этот показатель ниже, чем у некоторых других методов – но те не отличаются такой точностью.
Ли надеется, что его метод позволит другим исследователям изучить последствия трансфекции для отдельных клеток, а не только для популяций. «Вы сможете ввести один ген в первую клетку, другой – во вторую, и ничего – в третью. И вы сможете изучить точный механизм, как эти гены работают». – говорит Ли.
Данные исследования опубликованы в журнале Biomedical Optics Express.