ТАСС, 11 июля. Российские и европейские биофизики раскрыли принципы работы своеобразных "насосов", которые помогают бактериям закачивать внутрь себя протоны из внешней среды. Это может позволить ученым создать новые методы управления работой нервных клеток людей и животных, сообщила во вторник пресс-служба МФТИ.
"На основе полученных нами результатов можно создавать новые оптогенетические инструменты. Для этого необходимо найти такие микробные родопсины, которые бы хорошо работали в клетках млекопитающих и были бы безопасны при применении в организме. С этой целью анализируются новые метагеномные данные, в которых обнаруживаются ранее не исследованные гены белков", - пояснил научный сотрудник МФТИ Федор Цыбров, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как объясняют исследователи, бактериальные родопсины представляют собой белки, взаимодействующие с частицами света и извлекающие из них энергию. Микробы используют их как в качестве датчиков света, так и в качестве "моторов" для молекулярных насосов, которые перекачивают определенные ионы в клетку или за ее пределы. Эти белки и механизмы их работы вызывают огромный интерес среди эволюционистов и биотехнологов.
Цыбров и его коллеги раскрыли механизмы работы одного из малоизученных классов подобных "протонных насосов", которые биологи называют ксенородопсинами. Они интересны тем, что прокачивают протоны в противоположном направлении по сравнению с другими типами бактериальных родопсинов. Это позволяет применять их для создания принципиально новых форм оптогенетики: систем управления работой нейронов при помощи вспышек света.
Механизмы работы "протонных насосов"
Российские биофизики и их коллеги из Германии и Испании раскрыли механизмы работы этих светочувствительных белков в ходе опытов с молекулами ксенородопсинов мексиканских бактерий вида Bacillus coahuilensis. Ученые подготовили замороженные образцы ксенородопсинов и изучили их структуру при помощи синхротрона PETRAIII, вырабатывающего концентрированные пучки рентгеновских волн.
"Наша команда впервые изучила их структуру прямо в процессе их работы при помощи времяразрешенной кристаллографии. Белок возбуждается лазером, а спустя сотни микросекунд облучается рентгеном. Таким образом - при помощи рентгеновской дифракции - нам удалось получить его структуру" - добавил Цыбров.
Анализ полученных данных показал, что в процессе транспортировки протонов важную роль играют так называемые "протонные проволоки" - цепочки водородных связей между молекулами воды. Они появляются только в процессе активности белка, что впервые обнаружили и изучили авторы работы.
Как надеются биофизики, полученные ими данные позволят найти или подобрать такую структуру ксенородопсинов, которая сделает их совместимыми с клетками людей и животных. Это позволит применять бактериальные "протонные насосы" для управления работой нейронов и других клеток, в жизнедеятельности которых протоны играют важную роль.
