Биолюминесцентные технологии, не требующие добавления субстрата, для клеток животных

В технологиях автономной люминесценции субстрат для испускающей свет реакции производится в результате каскада биохимических реакций внутри исследуемых клеток. Из-за этого для проведения измерений не требуется добавление субстрата извне, а требуется лишь оборудование для детекции света. Произошедшее за последние несколько лет развитие технологий автономной люминесценции дает основания считать, что они станут платформой для целого поколения новых методов неинвазивной визуализации физиологических событий. Способность генетически кодировать весь каскад реакций, требуемый для свечения, открывает возможности неинвазивно визуализировать на уровне тканей практически любое молекулярное событие. Например, становится возможным, поместив гены, отвечающие за свечение, под контроль интересующего промотора, следить за активностью этого промотора во всех тканях организма в течение его жизни. А распределив гены люминесценции между патогеном и организмом-хозяином, получать сигнал только от зараженных клеток, и визуализировать в реальном времени ход инфекции. Наш научный коллектив за последние годы сделал значительный прогресс в разработке таких технологий (Mitiouchkina et al. Nature Biotechnology 2020, Shakhova et al. Nature Methods 2024). Но хотя нам удалось достичь высокой яркости люминесценции в тканях растений и грибов, в клетках животных биосинтез биолюминесцентного субстрата происходит неэффективно, приводя к крайне низкой яркости свечения. Это препятствие пока не позволяет использовать автономную люминесценцию для решения биомедицинских задач. В настоящем проекте мы ставим своей задачей создать технологию автономной люминесценции, обеспечивающей в клетках животных достаточную яркость для визуализации физиологии на уровне тканей.

6 Января 2024 года — 31 Декабря 2027 года

Мышкина (Маркина) Н.М. (рук.)

Лаборатория химии метаболических путей

Грант, РНФ

Список публикаций по проекту

  1. Fadeeva AA, Osipova ZM, Chepurnykh TV, Myshkina NM (2025). Modern tumor imaging models for rodents: potential and prospects in translational medicine. Bulletin of Russian State Medical University  (2),
  2. Morozov VV, Balakireva AV, Perfilov MM, Chepurnykh TV, Yampolsky IV, Sarkisyan KS, Mishin AS (2025). Constitutive Promoters Functional in Plant, Fungal, and Bacterial Hosts. ACS Synth Biol 14 (6), 2375–2379
  3. Subach OM, Olumayowa F, Tang M, Qiao Y, Zhang Y, Vlaskina AV, Nikolaeva AY, Kononikhin AS, Agapova YK, Belousov A, Borshchevskiy V, Samygina VR, Perfilov MM, Mishin AS, Piatkevich KD, Subach FV (2025). Next-generation orange-to-far-red photoconvertible fluorescent protein for single-molecule microscopy and protein dynamic tracking. Sci Rep 15 (1), 40166
  4. Zamuner CK, Gomes TMV, Bastos EL, Palkina KA, Yampolsky IV, Bechara EJH, Stevani CV (2026). A Fungal Bioluminescent Pathway (FBP)-Based Yeast Biosensor for Caffeic Acid Quantification in Food and Beverages. ACS Sens 11 (7), 5621–5634