Белок, обнаруженный в самых холодных местах на Земле — в ледниках Гренландии и на Тибетском нагорье, — может стать основой для революционной технологии изучения мозга, согласно исследованию структурного биолога Кирилла Ковалева из группы Шнайдера в EMBL Гамбург и группы Бейтмана в Европейском институте биоинформатики EMBL.
Ученый фокусируется на родопсинах — ярко окрашенных белках, которые помогают водным микроорганизмам преобразовывать солнечный свет в энергию. Особый интерес представляет новый подкласс этого класса белков — криородопсины. Они встречаются только в холодных регионах и обладают уникальной способностью передавать световые сигналы клеткам, открывая перспективу разработки устройств, взаимодействующих с мозгом.
Родопсины давно используются в нейробиологии, например, в оптогенетике – методе управления активностью клеток с помощью света. Но холодные родопсины, особенно синие, могут стать ещё более ценным инструментом. Синие родопсины активируются красным светом, который способен глубоко проникать в ткани, что делает их идеальными для неинвазивных исследований.
«Я ищу необычные родопсины и пытаюсь понять, как они работают», — объясняет Ковалёв. «У них могут быть функции, которые мы ещё не открыли и которые стоит изучить».
Поначалу учёные считали родопсины хорошо изученными, но анализ белков из экстремально холодных сред выявил удивительную закономерность.
Обратите внимание: Что говорят научные исследования о быстром изучении английского языка?.
Несмотря на географическую удалённость, белки были практически идентичны, что свидетельствовало об их способности адаптироваться к низким температурам. Так была открыта группа холодовых родопсинов.Для изучения их структуры потребовались методы четырёхмерной структурной биологии, рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии. Поскольку белки светочувствительны, эксперименты проводились практически в полной темноте.
Испытания на культурах клеток мозга показали, что психродопсины генерируют электрический ток под воздействием ультрафиолетового света, причём разные цвета света вызывают разную активность. Удивительно, но они реагировали на свет медленнее, чем другие родопсины.
«Они действительно могут это сделать?» — вспоминал Ковалёв своё первое впечатление после наблюдения.
Дальнейший анализ показал, что ген холодового родопсина часто сосуществует с геном неизвестного небольшого белка. Используя инструмент AlphaFold, учёные предположили, что пять копий этого белка образуют кольцо вокруг холодового родопсина, помогая передавать сигналы клеткам.
«Мы полагаем, что свойства криородопсина обусловлены не холодом, а защитой микроорганизмов от ультрафиолетового излучения, которое особенно сильно на больших высотах», — сказал Ковалёв.
Это открытие привлекло внимание медицинских экспертов. «Новые оптогенетические инструменты, способные эффективно контролировать активность клеток, пользуются большим спросом в исследованиях и терапии», — заявил Тобиас Мозер, соавтор статьи из Университетской клиники Гёттингена. Например, их можно использовать для разработки оптических кохлеарных имплантов для восстановления слуха.
«Криородопсины пока не готовы к применению, но они являются прекрасными прототипами для будущих технологий», — подчеркнул Ковалев.
Исследование было опубликовано 4 июля 2025 года в журнале .
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
- Ученые из Швейцарии предпринимают необычный подход в поиске пятой силы природы — гипотетического взаимодействия, которое может помочь разгадать тайны, не объяснимые в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц
- Ученые, использующие автономный подводный аппарат (AUV) для исследования ранее неизученных ультра-глубоких вод вблизи Марианской впадины, получили первые в истории изображения полиметаллических конкреций и других особенностей этого удаленного участка морс