Necunoscute până acum, proteinele albastre ar putea acționa ca întrerupătoare pentru celulele creierului

O echipă de cercetători de la Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL) a descoperit o nouă clasă de proteine sensibile la lumină, întâlnite exclusiv la microorganisme adaptate mediilor reci.

Aceste proteine rare, numite criorodopsine, ar putea revoluționa ingineria celulară, funcționând ca „întrerupătoare” moleculare care pornesc sau opresc activitatea electrică a celulelor.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

Dr. Kirill Kovalev, biolog structural în cadrul grupurilor Schneider (EMBL Hamburg) și Bateman (EMBL-EBI), a studiat ani de zile rodopsinele – pigmenți sensibili la lumină care transformă lumina în semnale electrice. Însă ceea ce a descoperit în criorodopsine a fost complet diferit de tot ce mai văzuse, scrie InterestingEngineering.

El a identificat accidental o caracteristică structurală rară într-o serie de rodopsine microbiene descoperite doar în medii extreme, precum ghețari și vârfuri montane.

A fost uimit să constate că, deși provin din locuri foarte îndepărtate, aceste proteine reci sunt aproape identice. Le-a numit criorodopsine, inspirat de medii lor de origine.

Majoritatea rodopsinelor sunt de culoare roz-portocaliu și răspund la lumină verde sau albastră. Criorodopsinele însă afișează un spectru uimitor de culori, inclusiv un tip rar de albastru care este activat de lumină roșie – un avantaj imens, deoarece lumina roșie pătrunde mai profund și mai puțin invaziv în țesuturi.

O nouă familie de proteine cu funcții neobișnuite

Kovalev a folosit tehnici avansate de biologie structurală și a descoperit că acea caracteristică rară identificată inițial în baze de date este „cheia” culorii albastre. „Acum că știm ce le face albastre, putem proiecta versiuni sintetice pentru aplicații variate”, a explicat cercetătorul.

Cercetătorii au testat criorodopsinele pe celule cerebrale cultivate în laborator. Rezultatele au fost surprinzătoare. Lumina UV a generat curenți electrici în celule. Lumina verde a crescut excitabilitatea acestora, iar lumina UV sau roșie a redus activitatea celulară.

„Instrumentele optogenetice care pot activa sau inhiba activitatea electrică celulară ar fi extrem de utile în cercetare, biotehnologie și medicină”, a declarat Dr. Tobias Moser de la University Medical Center Göttingen.

Deși nu sunt încă gata pentru aplicații directe, Kovalev subliniază că aceste proteine sunt protocoale excelente pentru dezvoltarea unor noi tehnologii optogenetice.

Un mecanism biologic necunoscut până acum

Folosind spectroscopie avansată, echipa a descoperit că criorodopsinele nu doar detectează lumina UV, dar reacționează mai lent la lumină decât orice altă rodopsină cunoscută – posibil o adaptare pentru a ajuta microbii să detecteze și să se protejeze de radiațiile UV dăunătoare.

Mai mult, lângă gena criorodopsinei apare constant o genă necunoscută care codifică o proteină mică. Cu ajutorul AI-ului AlphaFold, cercetătorii au prezis că această proteină formează un inel care interacționează cu criorodopsina în interiorul celulei. Se bănuiește că, atunci când criorodopsina detectează lumina UV, proteina se detașează și transmite semnalul mai adânc în celulă.

„A fost fascinant să descoperim un nou mecanism de transmitere a semnalului luminos în interiorul celulei”, a spus Kovalev.

„Credem că trăsăturile unice ale criorodopsinelor nu s-au dezvoltat doar din cauza frigului, ci pentru a permite microbilor să detecteze lumina UV, care este periculoasă la altitudini mari”, a concluzionat Kovalev.

Studiul a fost publicat în Science Advances.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Singurătatea modifică proteinele din sânge, arată un studiu

De ce carnea are mai multe proteine ​​decât legumele?

Un nou studiu identifică două proteine care pot contribui la recidiva accidentului vascular cerebral

A fost descoperit rolul crucial al unei proteine în imunitatea organismului împotriva cancerului