Сила света важна для всех процессов жизнедеятельности, начиная с молекулярного уровня. Представители Института медицинской физики и биофизики Университетского центра Шарите-Берлин попробовали разобраться в том, какие механизмы лежат в основе «включения» и «выключения» клеточных процессов под воздействием света. Результаты их работы были опубликованы в последнем выпуске специализированного издания «Nature Chemistry». Здесь же основной акцент был сделан на роли движения заряженных частиц, протонов.

Оптогенетика – наука, которая занимается происхождение клеточных процессов под воздействием света

Очень сложный и одновременно интересный раздел оптогенетики состоит из оптических технологий и генетики. С ее помощью можно научиться управлять генетически модифицированными клетками с помощью света. Инструментами при этом выступают протеины бактерий и водорослей, которые очень чувствительны к свету. Канальные родопсины, как их называют в научных кругах, находясь в мембране одноклеточного организма, способствуют изменению ее проницаемости для ионов, воздействую световыми потоками. В случае перенесения родопсина в нейроны происходит изменение его функций. Он становится генетически кодированным переключателем, который управляет нейронами, воздействуя на них светом.

Практические исследования «переключения» клеток светом

Исследование проводили группы ученых, которые представляют Технический университет Берлина и Институт медицинской физики и биофизики центра Шарите-Берлин, которых возглавили профессор Франц Бартль и доктор Патрик Шерер. В качестве материала был использован фоторецептор фитохром, который в качестве белка присутствует в водорослях, грибах, бактериях, растениях. Он состоит из 3 частей, каждая из которых выполняет определенную функцию:

  • Светочувствительная часть, которая воспринимает сигнал;
  • Вторая, которая передает сигнал;
  • Третья – отдает энергию.

С помощью фитохрома, который возбуждается красным до темно-красного, регулируется световое возбуждение. В растениях так регулируется окрашивание отдельной части в зеленый цвет.

Полученные результаты исследования

Результатом кропотливой работы, использования методов спектроскопии, биохимии и структурных подходов при изучении белка, стали:

  • Расшифровка молекулярного механизма передачи сигнала от протеина с большей чувствительностью до модуля, который отдает энергию;
  • Подтверждение переноса протонов при структурном изменении красителя, который чувствителен к свету, что свидетельствует о возможности «включения» и «выключения» рецепторов под воздействием световых потоков;

Профессор Франц Бартль, подводя итого исследования, сказал, что правильное применение фоторецепторов в клеточной биологии станет возможным только при полном осознании механизмов и роли отдельных групп аминокислот. Клеточные процессы будут легко управляемы светом благодаря специфическим мутациям.