"Белок-родопсин SyHR оказался очень интересен для науки с фундаментальной точки зрения, но не менее важно и его практическое применение. Генетически модифицируя клетки, мы можем добавлять в них родопсины, и затем управлять процессами в них при помощи света. Управление клеткой с помощью света может приблизить нас к лечению ряда болезней, которые связаны с нарушением передачи нервных сигналов", - заявил руководитель лаборатории МФТИ (Долгопрудный) Иван Гущин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Человек и другие многоклеточные живые существа обладают способностью видеть окружающий мир благодаря светочувствительным белкам, способным взаимодействовать с частицами света и преобразовать их в понятный мозгу набор электрических сигналов. Схожие молекулы, так называемые родопсины, присутствуют во многих археях и бактериальных клетках.
Эти вещества далеко не всегда играют роль датчиков света - часть из них используется микробами в качестве источника энергии для работы различных молекулярных насосов, которые перекачивают определенные ионы в клетку или за ее пределы. История появления этих белков вызывает огромный интерес у биотехнологов и биологов-эволюционистов, изучающих историю появления животных и их органов зрения.
Белки и ионы
Гущин и его коллеги по лаборатории уже много лет изучают функции и свойства различных типов родопсинов. В частности, год назад специалистам из МФТИ и их коллегам из Германии и США удалось раскрыть структуру ионного "насоса", который используют клетки патогенных грибков для прокачки протонов. Это открытие приблизило ученых к раскрытию истории появления родопсинов, а также созданию новых лекарств от грибковых инфекций.
В своей новой работе ученые впервые раскрыли структуру одного из бактериальных белков-родопсинов, который отвечает за прокачку ионов хлора и других анионов, отрицательно заряженных ионов, через мембраны клеток микробов. В их число входят сульфат-анионы (SO4), имеющие двойной отрицательный заряд, а также другие важные для биологических процессов молекулы.
Ученые детально изучили реакции между ионами хлора и SO4, а также молекулами белка SyHR при помощи ускорителя частиц SLS, установленного в Швейцарии. Данные опыты помогли исследователям раскрыть, как меняется трехмерная форма родопсина при его взаимодействиях с ионами и при поглощении энергии света. Эти опыты указали на неожиданно сильную связь ионов хлора с белком, что необходимо учитывать при использовании SyHR в биологических опытах.
Полученные российскими исследователями сведения, как надеются Гущин и его коллеги, помогут биологам создать новые методы управления активностью нейронов при помощи вспышек света. Это позволит создать новые подходы для изучения работы мозга, а также новые типы терапий, напрямую подавляющих или стимулирующих активность отдельных нейронов.