Imagine a grande geleira da Groenlândia, a neve eterna das montanhas altas tibetanas e a água subterrânea permanente gelada na Finlândia. Eles são tão legais e bonitos, biólogos estruturais Kiril Kovalev, são mais importantes moléculas anormais que podem controlar a atividade das células cerebrais.
O Snyder Group do EMBL Hamburgo e o colega pós-corporal do Batman Group do EMBL-EBI, Covalev, é um físico para resolver problemas biológicos. Ele, em particular, está ligado à rodopsina, um grupo de proteínas coloridas que permitem que o microorganismo aquático use a luz solar para obter energia.
“No meu trabalho, procuro rholopcina anormal e tento entender o que elas fazem”, disse Kovalev. “Essas moléculas nacionais podem ter uma função descoberta que podemos beneficiar”.
Alguma rodopsina já foi modificada para servir como uma chave de luz para atividade elétrica nas células. Os neurocientistas, conhecidos como optogentia, usam os neurocientistas para controlar a atividade neuronal selecionada durante o exame. Outras habilidades podem ser usadas para controlar reações químicas com luz com luz, como atividade enzimétrica, por exemplo.
Depois de anos estudando sobre a rodopsina, Kovalev pensou que os conhecia lá dentro – até descobrir uma nova e vaga equipe de rholopsinas que ele nunca tinha visto antes.
Muitas vezes acontece na ciência, começou descaradamente. Ao navegar em bancos de dados de proteínas on -line, Kovalev identificou um recurso incomum em uma rodopsina microbiana encontrada exclusivamente como geleiras e montanhas altas em um ambiente muito frio. “É estranho”, ele pensou. Afinal, as rholópsicas são algo que você geralmente encontra no mar e nos lagos.
Embora essa rolópsia de mergulhada a frio tenha se desenvolvido a cerca de milhares de quilômetros de distância, era quase o mesmo um com o outro. Pode não ser uma coincidência. Eles devem ser necessários para sobreviver no inverno, concluindo Kovalev, e ele os nomeou ‘Christrohopsins’ para reconhecê -lo.
Rholópsia do azul
Kovalev queria saber mais: como é essas rodopsinas, como elas funcionam, e especialmente de que cor são.
A cor é a principal característica de cada rodapcina. Most -Orange – eles refletem luzes rosa e laranja e absorvem a luz verde e azul, que as ativa. Os cientistas tentam criar uma paleta de diferentes rholopcinas coloridas, para que possam controlar a atividade neuronal com mais precisão. Os ritrões azuis são encontrados especialmente porque são ativados por luzes vermelhas, que entram no tecido de maneira mais profunda e não agressiva.
Para surpreender Kovalev, o CreerHodopcin que ele testou no laboratório revelou uma variedade inesperada de cor e, o mais importante, alguns eram azuis.
A cor de cada rodopsina é determinada por sua estrutura molecular, que a absorve e reflete o comprimento de onda da luz. Quaisquer alterações nessa estrutura podem alterar a cor.
Covlev riu e disse: “Eu posso realmente dizer o que está acontecendo com a cor da croreodopsina”.
Ao aplicar técnicas avançadas de biologia estrutural, ele percebeu que a privacidade da cor azul era a mesma característica estrutural rara que ele originalmente identificou no banco de dados de proteínas.
“Agora que entendemos que eles os tornam azuis, podemos projetar rodopsinas azuis sintéticas por diferentes aplicações”, diz Kovalev.
Posteriormente, os associados de Covalev examinam a creerhodopcina em células cerebrais sânscritas. Quando as células que revelam creerohodopcinas são expostas à luz UV, ela induz as correntes elétricas dentro delas. O engraçado é que, se os pesquisadores iluminarem as células com luz verde, as células se tornam mais emocionantes, por outro lado, se usarem a luz UV/vermelha, reduz a emoção das células.
“O novo equipamento optogenético será incrivelmente eficaz em pesquisa, biotecnologia e medicina”, disse Tobius Moser, líder do grupo do Centro Médico da Universidade Gatenzen, que participou do estudo. “Por exemplo, no meu grupo, desenvolvemos novos implantes cochiais ópticos para pacientes que podem recuperar optogeneticamente a audiência em pacientes. Desenvolvendo a utilidade dessa rholópsia nacional multi-informada para futuras aplicações é uma tarefa importante para pesquisas subsequentes”.
“Nossas creerhodopsinas ainda não estão prontas para serem usadas como equipamento, mas são um ótimo protótipo. Eles têm todos os principais recursos que podem ser um engenheiro para se tornarem mais eficazes para optogenantes com base em nossa pesquisa”, disse Covlev.
UV da evolução é o protetor de luz
Quando a luz do sol também é revelada no dia de inverno de Hamburgo, a creerhopsina pode sentir luz UV, como o espectro aprimorado da Universidade Gooth Frankfurt, liderado por Joseph Watchwitle, foi usado pelos associados de Kovalev. A equipe da Watchtvitle mostrou que a creerhopsina é na verdade a mais lenta de toda a rodopsina em sua resposta à luz. Foram os cientistas que essas creer etopsinas poderiam agir como fotossenores como permitir que os germes ‘vejam luzes UV’ – é uma propriedade que não pode ser ouvida em outras croohodopsina.
“Eles podem realmente fazer isso?” Covalev começa a se perguntar. Uma equipe típica de proteínas de sensores traz uma molécula mensageira que fornece dados da membrana celular para a célula.
Covalev confirmou ainda que, com seus associados no Alricant da Espanha, e seu co-carota de Epod, Alex Batman, do EMBL-EBI, notaram que o gene Creerodopsina sempre codificava um gene de funções desconhecidas-perceptual e provavelmente vinculadas a efetivamente.
Covalev estava se perguntando se poderia estar faltando o Messenger. Usando o equipamento de IA Alfhafold, a equipe conseguiu mostrar que cinco pequenas proteínas criariam um anel e interagiriam com o creerhodopcina. De acordo com a previsão deles, a pequena proteína fica no lado oposto da creerhodopcina dentro da célula. Eles acreditam que, quando a creerhopsina detecta luz UV, a pequena proteína pode sair dessas informações para transportar essas informações para a célula.
“Foi interessante descobrir um novo processo que poderia ser transmitido a outras partes da célula a partir de creerhodopcins a serem transmitidas a outras partes da célula
Por que a CreerHodopsin desenvolveu sua maravilhosa função dupla – e por que apenas no ambiente frio – permanece como um mistério.
“Suspeitamos que o creertrohopsina permitisse suas características únicas não por causa do resfriamento, mas permitindo que os germes sentissem luz UV, o que poderia ser prejudicial a eles”, disse Kovalev. “No topo de uma montanha em um ambiente frio, as bactérias enfrentam a radiação aguda UV.
Kovalev acrescentou: “Descobrindo essas moléculas extraordinárias frequentemente sem expedições científicas em locais distantes, não seria possível estudar a adaptação dos organismos vivos lá”, acrescentou Kovalev. “Podemos aprender muito com lá!”
Molécula única
Covalev e seus associados tiveram que superar uma série de desafios técnicos para revelar a interessante biologia da Creerhowsin.
Um é o creerhodopcina é quase idêntico na estrutura e pode causar diferentes recursos como resultado de pequenas alterações na posição de um único átomo. Para estudar moléculas nesse nível dos detalhes, o procedimento experimental padrão deve sair. A Covalev aplicou o método de uma biologia estrutural 4D, com o grupo ativo de Albert Guskov, Gronzen, na Holanda, em combinação com a cristalografia de raios-X na Bimline Bimline P1 14 e na microscopia eletrônica de giz de cera (croi-EM).
“Na verdade, eu escolhi fazer meu postdok em EMBL Hamburgo, porque, devido à configuração única da linha de feixe que tornou meu projeto possível”, disse Kovalev. “Toda a equipe de bimina P 14 trabalhou juntos para criar minha configuração de teste – sou muito grato por sua assistência”.
Outro desafio é que a creerhopsina é extremamente sensível à luz. Por esse motivo, os associados de Kovalev tiveram que aprender a trabalhar com amostras quase completamente no escuro.
