Исследование израильских ученых открывает новые перспективы в оптогенетике и в лечении ряда неврологических заболеваний.
Исследование, проведенное в Технионе и опубликованное в журнале Nature, доказало присутствие нового семейства светочувствительных белков в озере Кинерет. Научная работа проводилась в лаборатории морской микробиологии Техниона аспиранткой Алиной Пушкаревой под руководством профессора Одеда Беджи.
Алина Пушкарева в лаборатории Техниона. Фото: пресс-служба Техниона
Новый тип светочувствительных белков обнаружен впервые после 1971 года. Механизм взаимодействия светочувствительных белков с солнечной энергией выражается в двух различных процессах. Один из них, хорошо знакомый нам из школьной программы, называется фотосинтезом и происходит при участии органических веществ зеленых растений, взаимодействующих с солнечным светом.
Другой процесс происходит при участии так называемых родопсинов (Rhodopsin), зрительного пигмента, именуемого также зрительным пурпуром. Именно этот белок, будучи связанным с альдегидом витамина А и взаимодействуя со светом, обеспечивает возможность функции зрения. Белок родопсин содержится в глазах многих животных, в том числе людей. Он также находится в ряде микроорганизмов. Фактически родопсин является биологическим оптическим сенсором.
Впервые родопсины были обнаружены в сетчатке глаза лягушки итальянским физиологом Францем Боллом в 1876 году. Спустя почти столетие, в 1971 году ученые Калифорнийского университета сумели найти новое семейство пурпурных белков в среде древних фиолетовых бактерий Haloarchaea, обитающих в воде с высоким содержанием соли. Только через три десятка лет это открытие позволило разработать новую область исследований под названием оптогенетика. Достижения в области оптогенетики открывают новые возможности в лечении целой группы заболеваний, в том числе сердечной аритмии, болезни Паркинсона, депрессии, тревожности, эпилепсии.
Алина Пушкарева. Фото: пресс-служба Техниона
А новый белок, найденный израильскими учеными в водах Кинерета открывает дополнительные перспективы для оптогенетических исследований.
Белок был найден в водах Кинерета в разгар лета, когда солнечный свет, проникающий в толщу воды, достигает своего пика. По словам Алины Пушкаревой, проводившей исследование, не существует возможности выращивать все микроорганизмы в лабораторных условиях, поэтому ученые использовали их ДНК, внедрив его в бактерию E. сoli. Этой бактерии отводится роль своего рода «завода», производящего рандомальные белки. Если же в «тело» бактерии E. сoli попадает ДНК родопсина, то она окрашивается в фиолетовый, красный или оранжевый цвет. «Когда мы видим, что бактерия окрасилась в эти цвета, понимаем, что нам удалось «выловить» белок родопсин, – говорит Алина. – Мы сравнили ДНК этого белка с существующей базой генетических данных родопсинов и поняли, что имеем дело не просто с новым видом белка, а с новым семейством родопсинов».
Новый светочувствительный белок получил название Гелиородопсин (Heliorhodopsin) – в честь Гелиоса, солнечного божества в древнегреческой мифологии. Как выяснилось позже, гелиородопсин не является уникальным белком для Кинерета и обнаруживается во многих соленых и пресных водоемах. Проблема заключалась лишь в том, что ученые не знали, что им нужно искать новые семейства белка.
Характерная окраска для белка Heliorhodopsin. Фото: пресс-служба Техниона
Алина Пушкарева рассказала, что с помощью уже известных родопсинов, внедряемых в нейроны человеческого мозга, можно изменять и регулировать течение ряда болезней: «Если внедрить родопсин в «слепые» нейроны, они станут чувствительны к свету. К примеру, при болезни Паркинсона нейроны недостаточно активны и не вырабатывают допамин. С помощью родопсина, присоединенного к сенсору «слепого» нейрона, он становится активным и «зрячим», и тогда повышается выработка допамина. Это гораздо более эффективное и щадящее средство, чем существующие на сегодняшний день методы лечения болезни Паркинсона – лекарства или воздействие электрического тока, которые влекут за собой массу побочных явлений».
О том, как именно будут воздействовать на нейроны вновь открытые родопсины, пока судить рано, но очевидно, что с их помощью открывается широкое поле для исследований.
Алина Пушкарёва родилась в Риге в 1984 году. В 8-летнем возрасте вместе с родителями репатриировалась в Израиль. Окончила медицинский факультет Еврейского университета (отделение микробиологии), в настоящий момент работает над докторской диссертацией и проводит исследования в лаборатории морской микробиологии Техниона.
Вера Рыжикова