I sökandet efter nya källor till förbrukningsvaror, forskare har insett att livet i sig kan vara lösningen. Metaboliska ingenjörer har förändrat metabolismen av levande organismer för att göra nya läkemedel, biologiskt nedbrytbara ämnen och biobränslen. Ett av de bästa exemplen i modern tid är penicillin. Metabolic engineering bakterier har förbättrat produktionshastigheten för detta läkemedel mer än 100 gånger.

En stor utmaning inom detta område är att identifiera vilka celler som är mest produktiva. Det är relativt lätt att studera bulkpopulationer, vilket resulterar i information om ämnesomsättningen i den totala cellpopulationen. Dock, det är fortfarande extremt svårt att identifiera vilka celler i bulkpopulationen som står över resten när det gäller metabolitproduktion och därför är bäst att kopiera och imitera. Denna identifiering kräver att man observerar de inre processerna hos enskilda celler i realtid medan metaboliten görs. Forskare vid Nara Institute of Science and Technology (NAIST) rapporterar ett nytt system som uppnår detta mål i mikroalgerceller. Systemet kombinerar fluorogena aptamerer med femtosekund laserfotoporering. Studien publiceras i Vetenskapliga rapporter .

"Alger har ett antal attraktiva egenskaper för metabolism. För det första, de är extremt anpassningsbara, eftersom de har förmågan att leva i ett brett spektrum av miljöer, från ekvatorn till polerna och även i starkt salthaltiga eller förorenade vatten, " säger professor Yoichiroh Hosokawa, som ledde studien.

I vanliga fall, forskare använder fluorescensmikroskopi för att titta inuti en cell. Denna strategi innebär att man fäster en molekyl som fluorescerar till metaboliten av intresse. Dock, på grund av cellväggsskydd, det har varit svårt att introducera fluorescerande molekyler som upptäcker specifika metaboliter i mikroalgceller utifrån.

Hosokawas team har därför utvecklat fluorescerande aptamerer som avger fluorescens vid bindning till metaboliten paramylon och tillverkningsmetoder som kan introducera dem i cellen med laserpulser.

"Vi syntetiserade en peptidaptamer som binder till paramylon, och introducerade den i Euglena gracilis-celler genom encellig laserbehandling, " sa Dr. Takanori Maeno, som först skrev studien. "Paramylon produceras endast av Euglena och fungerar som fiber. Det kan förädlas till biobränslen, " han lade till.

För att få aptamer in i cellen, forskarna sköt cellerna med laserpulser bara femtosekunder långa. Dessa pulser skapade tillfälliga porer som var tillräckligt stora för att aptamererna skulle kunna komma in. Väl inne, cellerna blev gröna endast på platser där aptamererna band till paramylon. Genom att använda denna teknik, Hosokawas grupp kunde mäta ackumuleringen av paramylon med tiden, på så sätt särskiljer effektiva celler från sina improduktiva grannar.

Medan systemet endast testades på paramylon, Hosokawa anger att andra metaboliter kommer att kunna detekteras med lämpliga aptamerer.

"Vår metod ger rumslig och tidsmässig information om mål intracellulär paramylon, men bör fungera för alla typer av metaboliter i framtiden. Det kommer att vara användbart för att välja högpresterande celler, " han sa.