מולקולה בשם אדנוזין טריפוספט (ATP) היא היחידה הבסיסית של אנרגיה ביוכימית שמזינה את הפעילות של כל התאים. כעת צוות בראשות חוקרים מ-Weill Cornell Medicine וה-Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Janelia Research Campus פיתח ובדק חיישן ברזולוציה גבוהה למעקב אחר הדינמיקה בזמן אמת של רמות ATP בתאים ובתוך תאים תת-תאיים. הכלי החדש מייצג התקדמות גדולה ביחס לטכנולוגיית חיישני ATP הקודמת, והחוקרים מצפים שהוא יאיץ תחומים רבים של מחקר ביולוגי.
החוקרים, שפרסמו את עבודתם ב-15 במאי ב PNAS, פיתח את החיישן על ידי שינוי אנזים חיידקי קושר ATP ושילובו עם GFP, חלבון פלואורסצנטי טבעי. מכיוון שהחיישן עשוי מחלבונים, ניתן לקודד אותו ב-DNA ולייצר אותו בתוך תאים ממוקדים. החוקרים הדגימו את התועלת של חיישן ה-ATP החדש שלהם במספר ניסויים, כולל אחד שהאיר, בפירוט חסר תקדים, את הדינמיקה של שימוש ב-ATP בסינפסות בודדות על סיב עצב בודד.
החיישן הזה יאפשר לנו לראות תהליכים בסיסיים של ביולוגיה ברזולוציה הרבה יותר גבוהה".
ד"ר טימותי ראיין, מחבר שותף למחקר, פרופסור תלת-מוסדי לביוכימיה ב-Wil Cornell Medicine
המחבר השני המתכתב הוא ד"ר ג'ונתן מרווין, מדען בכיר ב-HHMI/Janelia.
בעשורים האחרונים, התקדמות בביולוגיה מולקולרית וטכנולוגיית הדמיה פלורסנטית אפשרה פיתוח של חיישני ATP ניסיוניים שונים. עם זאת, לאף אחד לא היו התכונות הדרושות לאימוץ נרחב. במקום זאת, ניטור ATP עדיין נעשה בעיקר עם חיישנים שמזהים אמצעי פרוקסי בתאים כגון שינויים ברמות החמצן. לחיישנים כאלה יש מגבלות עיקריות משלהם, כולל העובדה שהם יכולים למדוד שימוש ב-ATP רק בקבוצות תאים בתפזורת.
החיישן החדש, iATPSnFR2, הוא גרסה מהדור הבא של חיישן ATP ישיר שד"ר מרווין ועמיתיו פיתחו לפני מספר שנים. כאשר הוא נקשר ל-ATP, צורתו משתנה באופן שמשפר את הקרינה של ה-GFP. עלייה זו בעוצמת הקרינה עם קישור ATP היא הרבה יותר גדולה בגרסה החדשה, מה שמעניק לחיישן רגישות גבוהה בטווח רחב מאוד של ריכוזי ATP.
החיישן יכול גם לשלב מולקולת ניאון שנייה, עם אורך גל פליטה שונה, שאינה משנה את העוצמה עם קישור ATP; זה מספק אות ייחוס לריכוז מולקולות החיישן, המאפשר קריאה מדויקת יותר של רמות ATP והדינמיקה שלהן.
בניסויי הדגמה, הצוות הראה שניתן להשתמש בחיישן כדי לעקוב אחר רמות ATP לא רק בתאים בודדים אלא בתאים תת-תאיים מובהקים, ובסולמות זמן של מאות אלפיות שניות בלבד. בקבוצה אחת של ניסויים, הם השתמשו בחיישן כדי לעקוב אחר רמות ATP בתוך מיטוכונדריה בודדות, הכורים הביוכימיים הזעירים ששורפים חמצן כדי ליצור ATP ביעילות לתאים. הם גם בחנו את הדינמיקה של רמות ATP בסינפסות בודדות על סיב עצב, ומצאו שלכל סינפסה יש דפוס ייחודי משלה של צריכה ודלדול של ATP.
"עשינו את הניסויים האלה בעיקר כדי להציג את התועלת הבסיסית של השיטה, אז לא חפרנו לעומק", אמר ד"ר ריאן, שהוא גם פרופסור לביוכימיה בהרדמה ב-Will Cornell Medicine. "אבל מאז, היינו עסוקים בשימוש בו כדי לחפור עמוק יותר, והתברר שהוא חזק מאוד עבורנו ככלי לגילוי תגליות מדעיות חדשות".
