Ученые из России открыли молекулу, позволяющую "включать" мышцы лазером
Российские молекулярные биологи открыли и изучили работу светочувствительного белка, который можно встраивать в мускульные клетки и напрямую управлять их работой, "обстреливая" их при помощи лазера, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
"На данный момент у нас в руках находится вся ключевая информация о механизме работы белка. На этом мы основываем дальнейшие исследования по оптимизации и подстройке параметров белка под нужды оптогенетики", - заявил Виталий Шевченко, первый автор работы и сотрудник лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ.
Ученых давно интересовал вопрос о том, как можно точечно управлять нейронами. Осуществить идею удалось лишь в 2005 году, когда группа исследователей из Стэнфордского университета под руководством Карла Диссерота смогла изменить нейроны генно-инженерными способами и возбудить нервные клетки, облучив их светом. Этот метод назвали оптогенетикой - сочетание оптики и генетики.
В последующие годы сам биологи создали несколько других версий оптогенетики, работающих с другими типами света или принципиально иными типами излучения. К примеру, в мае этого года ученые их ИБХ РАН и МГУ создали "тепловую" версию оптогенетики, позаимствовав гены у змей, ищущих добычу при помощи биологической версии "тепловизора".
Шевченко и его коллеги сделали первый шаг, чтобы пополнить коллекцию подобных методов "прямого управления" работой нервной системы, изучая структуру светочувствительных белков, недавно открытых в клетках микробов из рода Anabaena и некоторых их родичей. Как предполагают ученые, эти бактерии используют данные молекулы для того, чтобы чувствовать, что их "припекает" Солнце, и начать производить молекулы, защищающие их от повреждения ДНК ультрафиолетом светила.
Эти белки, получившие название ксенородопсины, заметно отличаются по своей структуре от других бактериальных молекул, применяемых в оптогенетике, что натолкнуло ученых на мысль, что его можно использовать и для других целей, помимо "включения" или "выключения" нейронов.
Кроме того, различия в структуре ксенородопсинов и "обычных" родопсинов могут негативным образом сказываться на жизни клеток, в которые их вставляют, что необходимо знать перед тем, как провести подобную процедуру. Шевченко и другие ученые из МФТИ и Института структурной биологии и исследовательского центра Юлии детально изучили структуру одного из этих белков, NsXeR, пытаясь найти ответ на оба этих вопроса.
Как оказалось, NsXeR можно использовать не только для манипуляций работой мозга, но и для управления работой мышц. Данное вещество, как показали эксперименты ученых на клетках человека и крыс, не мешает работе так называемых кальциевых каналов, играющих критическую роль в сокращениях мышц. Это выгодно отличает его от многих других светочувствительных белков, применяемых сегодня в оптогенетике.
Кроме того, как отмечают исследователи, NsXeR прокачивает протоны только в одну сторону, препятствуя "прорыву" ионов внутрь клетки в том случае, если этому благоприятствуют условия среды. Это позволяет очень гибко и точно управлять работой мускульных и нервных клеток в более широком диапазоне условий и значений, чем обычно получается в ходе оптогенетических опытов.
Как надеются ученые, собранные ими данные о работе NsXeR помогут не только приспособить его для использования в опытах, но и понять, зачем подобный белок, исполняющий по сути одну "бесполезную" функцию, нужен достаточно примитивной бактерии, в которой он был найден.
