Микробы выжили среди льдов. Теперь они хотят заполучить главное — контроль над нашим мозгом
NewsMakerДобро пожаловать в реальность, где природа — главный хакер.
Учёные из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) обнаружили новый любопытный класс светочувствительных белков. Эти редкие молекулы, получившие название криородопсины, выявлены у микробов, обитающих на ледниках и в горных районах с суровым климатом.
Криородопсины относятся к семейству родопсинов — особых белковых структур, встроенных в клеточные мембраны. Они помогают организмам преобразовывать световую энергию в электрические сигналы. Однако обнаруженные пигменты оказались настолько необычными по строению, что их находка стала настоящей научной сенсацией. Структурный биолог Кирилл Ковалёв из исследовательских групп EMBL в Гамбурге и Хинкстоне наткнулся на этот феномен при анализе биологических баз данных.
Ковалёв заметил, что светочувствительные белки, обнаруженные у микробов из экстремально холодных регионов, независимо друг от друга обладают почти идентичной структурой — что крайне редко встречается в природе. Учитывая их важную роль в адаптации к суровым условиям, учёный предложил для них название «криородопсины».
В отличие от большинства известных представителей семейства, которые имеют розово-оранжевую окраску и активируются зелёным или синим светом, новые соединения отличаются насыщенным синим цветом и реагируют на красный спектр, безопасный для клеток и способный глубоко проникать в ткани. Учёным удалось установить, что за необычный оттенок отвечает уникальная особенность молекулярной структуры. Это открытие уже позволяет создавать синтетические версии подобных белков для практического применения.
В ходе экспериментов специалисты внедрили открытые молекулы в человеческие нейроны, выращенные в лабораторных условиях. При воздействии ультрафиолетового излучения в клетках фиксировались электрические импульсы. Зелёный свет усиливал активность, а красный и УФ-спектр — снижали её. Эти свойства открывают перспективы создания молекулярных «переключателей», которые позволят безопасно и точно контролировать работу нервной ткани.
Дополнительные исследования показали ещё одну характерную особенность: реакция пигментов на световые стимулы значительно медленнее, чем у всех ранее изученных аналогов. Учёные считают, что это помогает микроорганизмам своевременно обнаруживать опасное ультрафиолетовое излучение — что критически важно для жизни на больших высотах, где уровень солнечной радиации особенно высок.
Рядом с геном криородопсинов во всех исследованных организмах также обнаружен участок ДНК, кодирующий небольшой белок. С помощью искусственного интеллекта AlphaFold удалось смоделировать его структуру: пять копий этого белка собираются в кольцевую конструкцию и взаимодействуют с фоточувствительными соединениями внутри клетки.
Учёные предполагают, что при воздействии света малый белок отсоединяется и передаёт сигнал по клеточным цепочкам. Любопытно, что подобные структуры встречаются и у микроорганизмов, не имеющих криородопсинов, что может указывать на их более широкий функционал.
Чтобы изучить свойства и поведение обнаруженных белков, команда использовала передовой 4D-подход, объединяющий рентгеновскую кристаллографию, криоэлектронную микроскопию и методы световой активации. Из-за высокой чувствительности молекул к освещению все эксперименты проводились почти в полной темноте.
Это открытие не только помогает понять эволюционные механизмы микроорганизмов, но и открывает путь к созданию новых инструментов для биотехнологии, медицины и генной инженерии.
Учёные из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) обнаружили новый любопытный класс светочувствительных белков. Эти редкие молекулы, получившие название криородопсины, выявлены у микробов, обитающих на ледниках и в горных районах с суровым климатом.
Криородопсины относятся к семейству родопсинов — особых белковых структур, встроенных в клеточные мембраны. Они помогают организмам преобразовывать световую энергию в электрические сигналы. Однако обнаруженные пигменты оказались настолько необычными по строению, что их находка стала настоящей научной сенсацией. Структурный биолог Кирилл Ковалёв из исследовательских групп EMBL в Гамбурге и Хинкстоне наткнулся на этот феномен при анализе биологических баз данных.
Ковалёв заметил, что светочувствительные белки, обнаруженные у микробов из экстремально холодных регионов, независимо друг от друга обладают почти идентичной структурой — что крайне редко встречается в природе. Учитывая их важную роль в адаптации к суровым условиям, учёный предложил для них название «криородопсины».
В отличие от большинства известных представителей семейства, которые имеют розово-оранжевую окраску и активируются зелёным или синим светом, новые соединения отличаются насыщенным синим цветом и реагируют на красный спектр, безопасный для клеток и способный глубоко проникать в ткани. Учёным удалось установить, что за необычный оттенок отвечает уникальная особенность молекулярной структуры. Это открытие уже позволяет создавать синтетические версии подобных белков для практического применения.
В ходе экспериментов специалисты внедрили открытые молекулы в человеческие нейроны, выращенные в лабораторных условиях. При воздействии ультрафиолетового излучения в клетках фиксировались электрические импульсы. Зелёный свет усиливал активность, а красный и УФ-спектр — снижали её. Эти свойства открывают перспективы создания молекулярных «переключателей», которые позволят безопасно и точно контролировать работу нервной ткани.
Дополнительные исследования показали ещё одну характерную особенность: реакция пигментов на световые стимулы значительно медленнее, чем у всех ранее изученных аналогов. Учёные считают, что это помогает микроорганизмам своевременно обнаруживать опасное ультрафиолетовое излучение — что критически важно для жизни на больших высотах, где уровень солнечной радиации особенно высок.
Рядом с геном криородопсинов во всех исследованных организмах также обнаружен участок ДНК, кодирующий небольшой белок. С помощью искусственного интеллекта AlphaFold удалось смоделировать его структуру: пять копий этого белка собираются в кольцевую конструкцию и взаимодействуют с фоточувствительными соединениями внутри клетки.
Учёные предполагают, что при воздействии света малый белок отсоединяется и передаёт сигнал по клеточным цепочкам. Любопытно, что подобные структуры встречаются и у микроорганизмов, не имеющих криородопсинов, что может указывать на их более широкий функционал.
Чтобы изучить свойства и поведение обнаруженных белков, команда использовала передовой 4D-подход, объединяющий рентгеновскую кристаллографию, криоэлектронную микроскопию и методы световой активации. Из-за высокой чувствительности молекул к освещению все эксперименты проводились почти в полной темноте.
Это открытие не только помогает понять эволюционные механизмы микроорганизмов, но и открывает путь к созданию новых инструментов для биотехнологии, медицины и генной инженерии.