Dünyadaki en soğuk ortamlarda bulunan yeni bir protein gibi GrönlandYeni araştırmaya göre, buzullar ve Tibet’in zirveleri yenilikçi yeni beyin teknolojileri geliştirmenin anahtarını tutabilir.
Kirill Kovalev’in son çalışması, yapısal biyolog Embl Hamburg’un Schneider Grubu ve EMBL-Ebi’nin Bateman grubu ile, su mikroorganizmalarının güneş ışığını bir enerji kaynağı olarak kullanmak için kullandığı Rhodopsin adı verilen bir tür parlak renkli proteine odaklanıyor.
Şimdi, yeni sınıflandırılmış bir çeşitlilik kriyorhodopsinlersoğuk hava ortamlarına özgü olan, hafif sinyalleri hücrelere iletmelerine izin veren belirli yeteneklere sahip gibi görünmektedir, bu da onları potansiyel olarak yararlı hale getirir. beyin.
Rhodopsinler
Kovalev’in son çalışmaları, Rhodopsins’in hücre manipülasyonunu inceleyen araştırmacıların ilk kez ilgisi değil. Sinirbilimciler, optogenetik adı verilen bir teknik kullanarak hücrelerin elektriksel aktivitesini kontrol etmek için modifiye rhodopsinleri ışıkla çalışan anahtarlar olarak kullandılar. Ayrıca, ışığa bağlı enzimatik aktivite yoluyla kimyasal reaksiyonları tetiklemek için kullanılmıştır.
“İşimde olağandışı rhodopsinleri arıyorum ve ne yaptıklarını anlamaya çalışıyorum” Son zamanlarda dedi. “Bu tür moleküller, yararlanabileceğimiz keşfedilmemiş işlevlere sahip olabilir.”
Renk, rhodopsinlerin nasıl davrandığında kritik bir rol oynar. Sinirbilimciler, her çeşit benzersiz moleküler yapısı nedeniyle farklı ışık dalga boylarını yansıttığı veya emdiği için beyin aktivitesini tam olarak kontrol etmek için geniş bir rhodopsin paleti ararlar. Pembe-turuncu bir renk tonu en yaygın olanı, yeşil ve mavi ışığı emerek ve pembe ve turuncu yansıtarak oluşturulur. Bununla birlikte, mavi rhodopsinler özellikle değerlidir, çünkü dokulara daha derin ve invazif olmayan bir şekilde nüfuz eden kırmızı ışıkla aktive edilebilirler.
Kriyorhodopsinleri keşfetmek
Yıllarca süren araştırmalardan sonra Kovalev, rhodopsinlerin ortaya çıkaracak daha fazla sırları olmadığını varsaydı – aşırı soğukta bulunan mikrobiyal rhodopsinler arasında dağın ve buzullar gibi tuhaf bir desen fark edene kadar. Daha sıcak göllerde ve akarsularda daha yaygın olan rhodopsinlerin çoğunluğunun aksine, bu soğuk çevre proteinleri, büyük ölçüde ayrılmış yerlerde bulunmasına rağmen neredeyse aynıydı. Bu evrimsel tutarlılık, özellikle soğuk koşullara uygun bir adaptasyon önerdi. Kovalev bu grup kriyorhodopsinleri belirledi.
Her ne kadar kriyorhodopsinler çeşitli renklerde görünse de, birçoğu arzu edilen mavi formlarda bulunur. Kovalev, mavi tondan sorumlu ortak bir yapısal özellik belirledi.
Kovalev, “Aslında Cryorhodopsin ile neler olup bittiğini sadece rengine bakarak anlatabilirim” dedi. “Şimdi onları neyin mavi yaptığını anladığımıza göre, farklı uygulamalara göre uyarlanmış sentetik mavi rhodopsinler tasarlayabiliriz.”
Kriyorhodopsinleri test etmek
Cryorhodopsins oldukça benzer yapıları paylaşır, o kadar ki, tek bir atomun hareketi bile özelliklerini değiştirebilir. Bunları incelemek için Kovalev, 4D yapısal biyolojiye, EMBL Hamburg’un ışın çizgisi P14’teki X-ışını kristalografisine ve kriyo-elektron mikroskopisine (Cryo-EM) güveniyordu. Fotosensitivite nedeniyle, tüm araştırmalara yakın karanlıkta yürütülmelidir.
Ortak çalışanlar, kültürlenmiş beyin hücreleri içindeki proteinleri test ettiler. UV ışığına maruz kaldığında, kriyorhodopsinler elektrik akımları üretti ve değişen renkler farklı seviyelerde hücresel aktivite tetikledi. Goethe Üniversitesi Frankfurt’ta daha fazla analiz, kriyorhodopsinlerin UV ışığını nasıl tespit ettiğini anlamak için gelişmiş spektroskopi kullandı. Şaşırtıcı bir şekilde, kriyorhodopsinler ışığa daha önce incelenen rhodopsinlerden daha yavaş yanıt verdi.
“Bunu gerçekten yapabilirler mi?” Kovalev, ekibin kriyorhodopsinler tarafından UV ışığına yanıt olarak hücrelerin olağan aktivasyonunu gözlemlediğini merak etti.
Kovalev daha fazla araştırmak için İspanya, Alicante’deki araştırmacılarla ve EIPOD ortak yazarı Alex Bateman ile Embl-Ebi’de işbirliği yaptı. Analizleri, bilinmeyen küçük bir protein için bir genin, kriyorhodopsin geninin yanında sürekli olarak göründüğünü ortaya koydu. Ekip, bu ortak genin UV tespitlerini hücreye aktaran bir haberci proteini kodlayabileceğine inanıyor.
Alphafold AI aracını kullanarak, araştırmacılar bu proteinin beş kopyasının muhtemelen bir halka oluşumunda kriyorhodopsini çevrelediğini gösterdiler. Sinyali hücre boyunca iletmek için halkadaki tek tek proteinlerin ayrıldığını varsayarlar.
Kovalev, “Kriyorhodopsinlerden gelen ışığa duyarlı sinyalin hücrenin diğer kısımlarına aktarılabileceği yeni bir mekanizmayı ortaya çıkarmak büyüleyici” dedi. “Karakterize edilmemiş proteinler için işlevlerin ne olduğunu öğrenmek her zaman bir heyecandır. Aslında, bu proteinleri kriyorhodopsin içermeyen, belki de bu proteinler için çok daha geniş bir iş yelpazesine işaret eden organizmalarda da buluyoruz.”
Yeni Rhodopsin’den yararlanmak
Bu tandem protein işlevselliğinin kökenleri belirsizliğini korumaktadır, ancak ekibin bir hipotezi vardır.
Kovalev, “Cryorhodopsins’in soğuktan dolayı değil, mikropların kendileri için zararlı olabilecek UV ışığını algılamasına izin vermek için benzersiz özelliklerini geliştirdiğinden şüpheleniyoruz” dedi. “Bir dağın tepesi gibi soğuk ortamlarda bakteriler yoğun UV radyasyonuyla karşı karşıya. Kriyorhodopsinler, kendilerini koruyabilmeleri için kendilerini koruyabilirler. Bu hipotez bulgularımızla iyi uyumludur.”
Bu benzersiz yeni keşfi insan koşullarını iyileştirmeye yönlendirmek, ekibin çalışması için birincil itici güçtür.
Üniversite Tıp Merkezi Göttingen grup lideri Tobias Moser, “Hücrenin hem ‘açık’ hem de ‘kapalı’ elektrik aktivitesini etkili bir şekilde değiştirmek için yeni optogenetik araçlar, araştırma, biyoteknoloji ve tıpta inanılmaz derecede faydalı olacaktır” dedi.
Moser, “Örneğin, grubumda, hastalarda işitmeyi optogenetik olarak geri yükleyebilen hastalar için yeni optik koklear implantlar geliştiriyoruz” dedi. “Gelecekteki uygulamalar için böylesine çok amaçlı bir rhodopsin faydasının geliştirilmesi bir sonraki çalışmalar için önemli bir görevdir.”
Kovalev, “Cryorhodopsinlerimiz henüz araç olarak kullanılmaya hazır değil, ancak mükemmel bir prototip” diye ekledi. “Bulgularımıza dayanarak, optogenetik için daha etkili olacak şekilde tasarlanabilecek tüm temel özelliklere sahipler.”
Kağıt “Cryorhodopsins: Bir grup mikrobiyal rhodopsinlerin soğuk ortamlardan kapsamlı bir karakterizasyonu”4 Temmuz 2025’te ortaya çıktı. Bilim ilerliyor.
Ryan Whalen, bilgilendirme için bilim ve teknolojiyi kapsar. Veri bilimi sertifikası ile tarihte bir MA ve kütüphane ve bilgi bilimi yüksek lisans derecesine sahiptir. Onunla iletişime geçilebilir [email protected]ve onu Twitter’da takip et @mdntwvlf.
Source link
