Οι ροδοψίνες είναι μια οικογένεια πρωτεϊνών που, όπως η χλωροφύλλη, επιτρέπουν στους οργανισμούς να απορροφούν ενέργεια από το ηλιακό φως. Μερικές μπορούν να κατασκευαστούν ώστε να λειτουργούν ως διακόπτες ισχύος που λειτουργούν με φως για την ηλεκτρική δραστηριότητα στα κύτταρα. Σε μια νέα μελέτη, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια ομάδα μικροβιακών ροδοψινών που βρίσκονται αποκλειστικά σε ψυχρά περιβάλλοντα, όπως οι παγετώνες, και τις ονόμασαν «κρυοροδοψίνες».
Ορισμένες κρυοροδοψίνες είναι μπλε, πράγμα που σημαίνει ότι απορροφούν κόκκινο φως – μια σπάνια ιδιότητα απορρόφησης φωτός που μπορεί να έχει ευρείες εφαρμογές σε πολλούς επιστημονικούς τομείς.
Οι κρυοροδοψίνες είναι οι πρώτοι παρατηρούμενοι πρωτότυποι διακόπτες που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν την ηλεκτρική σηματοδότηση στα κύτταρα ανάλογα με το χρώμα του φωτός που λαμβάνουν – μια ικανότητα που προσφέρει νέες δυνατότητες για την επιστήμη και την ιατρική.
Φανταστείτε τους μαγευτικούς παγετώνες της Γροιλανδίας, το αιώνιο χιόνι των ψηλών βουνών του Θιβέτ και τα μόνιμα παγωμένα υπόγεια ύδατα στη Φινλανδία. Όσο κρύα και όμορφα κι αν είναι αυτά, για τον δομικό βιολόγο Κίριλ Κόβαλεφ, φιλοξενούν, το πιο σημαντικό, ασυνήθιστα μόρια που θα μπορούσαν να ελέγχουν τη δραστηριότητα των εγκεφαλικών κυττάρων.
Ο Κόβαλεφ, μεταδιδακτορικός ερευνητής του EIPOD στην ομάδα Schneider του EMBL Hamburg και στην ομάδα Bateman του EMBL-EBI, είναι ένας φυσικός που έχει πάθος για την επίλυση βιολογικών προβλημάτων. Τον ενδιαφέρουν ιδιαίτερα οι ροδοψίνες, μια ομάδα πολύχρωμων πρωτεϊνών που επιτρέπουν στους υδρόβιους μικροοργανισμούς να αξιοποιούν το ηλιακό φως για ενέργεια. «Στη δουλειά μου, αναζητώ ασυνήθιστες ροδοψίνες και προσπαθώ να καταλάβω τι κάνουν», δήλωσε ο Κόβαλεφ. «Τέτοια μόρια θα μπορούσαν να έχουν ανεξερεύνητες λειτουργίες από τις οποίες θα μπορούσαμε να επωφεληθούμε».
Ορισμένες ροδοψίνες έχουν ήδη τροποποιηθεί ώστε να χρησιμεύουν ως διακόπτες που λειτουργούν με φως για την ηλεκτρική δραστηριότητα στα κύτταρα. Αυτή η τεχνική, που ονομάζεται οπτογενετική, χρησιμοποιείται από νευροεπιστήμονες για τον επιλεκτικό έλεγχο της νευρωνικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια πειραμάτων. Οι ροδοψίνες με άλλες ικανότητες, όπως η ενζυμική δραστηριότητα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο χημικών αντιδράσεων με το φως, για παράδειγμα. Έχοντας μελετήσει τις ροδοψίνες για χρόνια, ο Κοβάλεφ νόμιζε ότι τις γνώριζε από την αρχή μέχρι που ανακάλυψε μια νέα, άγνωστη ομάδα ροδοψινών που δεν έμοιαζε με τίποτα που είχε δει πριν.
Όπως συμβαίνει συχνά στην επιστήμη, ξεκίνησε τυχαία. Κατά την περιήγηση σε διαδικτυακές βάσεις δεδομένων πρωτεϊνών, ο Κοβάλεφ εντόπισε ένα ασυνήθιστο χαρακτηριστικό κοινό στις μικροβιακές ροδοψίνες που βρίσκονται αποκλειστικά σε πολύ ψυχρά περιβάλλοντα, όπως παγετώνες και ψηλά βουνά. «Αυτό είναι περίεργο», σκέφτηκε. Άλλωστε, οι ροδοψίνες είναι κάτι που συνήθως βρίσκεις σε θάλασσες και λίμνες. Αυτές οι ροδοψίνες ψυχρού κλίματος ήταν σχεδόν πανομοιότυπες μεταξύ τους, παρόλο που εξελίχθηκαν χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Αυτό δεν θα μπορούσε να είναι σύμπτωση. Πρέπει να είναι απαραίτητες για την επιβίωση στο κρύο, κατέληξε ο Κόβαλεφ, και για να το αναγνωρίσει αυτό, τις ονόμασε «κρυοροδοψίνες».
Ροδοψίνες ξαφνικά
Ο Κόβαλεφ ήθελε να μάθει περισσότερα: πώς μοιάζουν αυτές οι ροδοψίνες, πώς λειτουργούν και, ειδικότερα, τι χρώμα έχουν. Το χρώμα είναι το βασικό χαρακτηριστικό κάθε ροδοψίνης. Οι περισσότερες είναι ροζ-πορτοκαλί – αντανακλούν το ροζ και το πορτοκαλί φως και απορροφούν το πράσινο και το μπλε φως, το οποίο τις ενεργοποιεί. Οι επιστήμονες προσπαθούν να δημιουργήσουν μια παλέτα διαφορετικών χρωμάτων ροδοψινών, ώστε να μπορούν να ελέγχουν τη νευρωνική δραστηριότητα με μεγαλύτερη ακρίβεια. Οι μπλε ροδοψίνες έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλείς επειδή ενεργοποιούνται από το κόκκινο φως, το οποίο διεισδύει στους ιστούς πιο βαθιά και μη επεμβατικά.
Προς έκπληξη του Κόβαλεφ, οι κρυοροδοψίνες που εξέτασε στο εργαστήριο αποκάλυψαν μια απροσδόκητη ποικιλία χρωμάτων και, το πιο σημαντικό, μερικές ήταν μπλε. Το χρώμα κάθε ροδοψίνης καθορίζεται από τη μοριακή της δομή, η οποία υπαγορεύει τα μήκη κύματος του φωτός που απορροφά και αντανακλά. Οποιεσδήποτε αλλαγές σε αυτή τη δομή μπορούν να αλλάξουν το χρώμα. «Μπορώ πραγματικά να καταλάβω τι συμβαίνει με την κρυοροδοψίνη απλώς κοιτάζοντας το χρώμα της», γέλασε ο Κοβάλεφ.
Εφαρμόζοντας προηγμένες τεχνικές δομικής βιολογίας, κατάλαβε ότι το μυστικό του μπλε χρώματος είναι το ίδιο σπάνιο δομικό χαρακτηριστικό που αρχικά εντόπισε στις βάσεις δεδομένων πρωτεϊνών. «Τώρα που καταλαβαίνουμε τι τις κάνει μπλε, μπορούμε να σχεδιάσουμε συνθετικές μπλε ροδοψίνες προσαρμοσμένες σε διαφορετικές εφαρμογές», είπε ο Κοβάλεφ.
Επτά δοκιμαστικοί σωλήνες σε μια σχάρα, ο καθένας από τους οποίους περιέχει υγρό σε διαφορετικό χρώμα. Στο φόντο, υπάρχει μια λίμνη και ηλιοφάνεια. Οι ροδοψίνες είναι μια πολύχρωμη οικογένεια πρωτεϊνών. Οι σωλήνες περιέχουν κρυοροδοψίνες – μερικές από αυτές είναι μπλε. Η φωτογραφία τραβήχτηκε από την Ευγενία Κοβάλεβα, σύζυγο του Κίριλ Κοβάλεφ, της οποίας την υποστήριξη είναι κάτι που εκτιμά βαθιά τόσο στην έρευνά του όσο και στο ευρύτερο επιστημονικό του ταξίδι.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!