Растительный светочувствительный белок для контроля над функциями клетки. Светочувствительный белок растений
Растительный светочувствительный белок для контроля над функциями клетки
В своей лаборатории в Университете Дьюка (Duke University) Чандра Такер (Chandra Tucker) направляет синий свет на дрожжевые клетки и клетки млекопитающих, и их края начинают светиться. Этот эффект – результат действия введенного в клетку светочувствительного «переключателя» из растения.
С помощью нового переключателя ученые могут контролировать рост клеток, вызывать их смерть, выращивать новую ткань и доставлять лекарственные препараты непосредственно к больным клеткам, говорит Такер, адъюнкт-профессор кафедры биологии Университета Дьюка.
Такер и ее коллеги создали переключатель путем введения двух белков из растения Arabidopsis thaliana в клетки дрожжей, клетки почек и ткань мозга грызунов, выращенную в культуре. Два белка взаимодействуют друг с другом под воздействием света, обеспечивая контроль над многими функциями клетки.
Переключатель похож на описанный в прошлом году, когда ученые генетически ввели другой светочувствительный растительный белок и белок, взаимодействующий с ним, из клеток Арабидопсиса в клетки млекопитающих. Взаимодействие этих белков в ответ на красный свет заставляет клетки млекопитающих изменять свою форму, перемещаясь в направлении света.
В течение нескольких миллисекунд вспышки синего света красный флуоресцентный белок, обычно находящийся в глубине клетки (слева), взаимодействует с растительным белком, связанным с клеточной мембраной. Затем флуоресцентный белок мигрирует к краю клетки (справа). (Фото: Chandra Tucker, Duke)
Переключатель Такер использует белки Арабидопсиса, реагирующие на синий свет. В отличие от белков, активируемых красным светом, которым нужен дополнительный кофактор, реагирующий на синий свет переключатель не нуждается во введении других химических веществ, так как использует кофактор, естественно присутствующий в не растительных организмах.
Учитывая, что доставить химическое вещество в организм мушки или в отдельную клетку очень сложно, новый подход, когда одна из молекул уже находится в клетках дрожжей или млекопитающих, делает создание регулируемых светом переключателей гораздо проще. Такер и ее сотрудники описала свои результаты в журнале Nature Methods.
Чтобы проверить работу переключателя ученые соединили один из светочувствительных белков Арабидопсиса с красным флуоресцентным белком, а другой - с зеленым, который, в свою очередь, был связан с мембраной. Когда исследователи направили на клетку синий свет, растительные белки вступили в реакцию друг с другом, заставляя красный флуоресцентный белок быстро перемещаться к клеточной мембране, которая начала светиться желтым светом из-за слияния свечения красного и зеленого флуоресцентных белков. Ученые установили, что это взаимодействие обратимо и может вызываться воздействием света неоднократно.
Переключатель является одной из нескольких подобных молекулярных машин, разработанных для того, чтобы дать ученым возможность лучше контролировать различные функции клетки. Следующим шагом в разработке таких переключателей будет попытка заставить белки взаимодействовать более эффективно. Такой подход, как ожидается, может быть применен не только для исследований на выращенных в культуре клетках и дрожжах, но и на червях, плодовых мушках, мышах и других модельных организмах. В конечном итоге этот метод может позволить ученым тестировать, как клетки какой-либо ткани влияют на соседние клетки, отслеживать рост аксона нейронов при восстановлении ткани мозга или даже убивать раковые клетки.
Новый подход Такер принесет большую пользу тем, кто хочет использовать световую активацию в своих экспериментальных системах, считает Клаус Хан (Klaus Hahn), фармаколог из Университета Северной Каролины (University of North Carolina) в Чэпел-Хилл, чья лаборатория в прошлом году сообщила о другом чувствительном к синему свету белке, способном регулировать движение клеток млекопитающих.
Хан считает, что «эта элегантная работа, вероятно, найдет широкое применение во многих областях и приложениях, которые удивят нас». Ее уже собираются использовать в такой важной области исследований, какой является регуляция экспрессии генов.
Впервые за 50 лет найден новый светочувствительный белок
Большинство растений улавливают солнечные лучи с помощью хлорофилла — пигмента, играющего ключевую рольв процессе фотосинтеза; именно за счет хлорофилла растения преобразуют энергию Солнца в энергию химических связей.
У животных тоже есть биомолекулы, реагирующие на свет — пигменты родопсины. Самый хорошо изученный родопсин находится в клетках-палочках человеческой сетчатки; благодаря ему мы видим в сумерках; другие его разновидности встречаются у микроогранизмов — одноклеточных водорослей и бактерий. В их клетках родопсины используются как хлорофилл в клетках растений.
Такие родопсины ученые расчитывали обнаружить в клетках водных одноклеточных, выловленных в Галилейском озере. Впрыснув витамин А в культуру бактерий E. coli, в ДНК которых добавили фрагменты ДНК организмов из озера, ученые увидели фиолетовое окрашивание — признак присутствия родопсинов. Однако дальнейший анализ ДНК показал, что окрашивание было вызвано присутствием новой, ранее неизвестной науке разновидности родопсина.
О роли гелиородопсина в клетке пока известно немного. Ген, кодирующий его, во многом схож с генами, кодирующими родопсины водорослей и бактерий, но само вещество медленнее, поэтому ученые подозревают, что он, как и родопсин в сетчатке наших глаз, не запускает фотосинтез, а передает сигнал об изменении освещенности. Кроме того, ученые установили, что это разновидности родопсина в природе много: он есть в водорослях, бактериях даже вирусах, живущих в почве; организмы, использующие его, встречаются во всех крупных земных водоемах. До сих пор ученые не знали, что у всех этих организмов есть светочувствительные химические сенсоры; как они их используют, ученым предстоит разобраться.
Новый вид родопсина может помочь ученым в разработке новых устройств для хранения данных, новых солнечных батарей и методов оптогенетики — управления активностью отдельных генов с помощью света для изучения роли этих генов в организме. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: Популярная Механика
Израильские ученые нашли новый светочувствительный белок в водах Кинерета
Исследование израильских ученых открывает новые перспективы в оптогенетике и в лечении ряда неврологических заболеваний.
Исследование, проведенное в Технионе и опубликованное в журнале Nature, доказало присутствие нового семейства светочувствительных белков в озере Кинерет. Научная работа проводилась в лаборатории морской микробиологии Техниона аспиранткой Алиной Пушкаревой под руководством профессора Одеда Беджи.
Новый тип светочувствительных белков обнаружен впервые после 1971 года. Механизм взаимодействия светочувствительных белков с солнечной энергией выражается в двух различных процессах. Один из них, хорошо знакомый нам из школьной программы, называется фотосинтезом и происходит при участии органических веществ зеленых растений, взаимодействующих с солнечным светом.
Другой процесс происходит при участии так называемых родопсинов (Rhodopsin), зрительного пигмента, именуемого также зрительным пурпуром. Именно этот белок, будучи связанным с альдегидом витамина А и взаимодействуя со светом, обеспечивает возможность функции зрения. Белок родопсин содержится в глазах многих животных, в том числе людей. Он также находится в ряде микроорганизмов. Фактически родопсин является биологическим оптическим сенсором.
Впервые родопсины были обнаружены в сетчатке глаза лягушки итальянским физиологом Францем Боллом в 1876 году. Спустя почти столетие, в 1971 году ученые Калифорнийского университета сумели найти новое семейство пурпурных белков в среде древних фиолетовых бактерий Haloarchaea, обитающих в воде с высоким содержанием соли. Только через три десятка лет это открытие позволило разработать новую область исследований под названием оптогенетика. Достижения в области оптогенетики открывают новые возможности в лечении целой группы заболеваний, в том числе сердечной аритмии, болезни Паркинсона, депрессии, тревожности, эпилепсии.
А новый белок, найденный израильскими учеными в водах Кинерета открывает дополнительные перспективы для оптогенетических исследований.
Белок был найден в водах Кинерета в разгар лета, когда солнечный свет, проникающий в толщу воды, достигает своего пика. По словам Алины Пушкаревой, проводившей исследование, не существует возможности выращивать все микроорганизмы в лабораторных условиях, поэтому ученые использовали их ДНК, внедрив его в бактерию E. сoli. Этой бактерии отводится роль своего рода «завода», производящего рандомальные белки. Если же в «тело» бактерии E. сoli попадает ДНК родопсина, то она окрашивается в фиолетовый, красный или оранжевый цвет. «Когда мы видим, что бактерия окрасилась в эти цвета, понимаем, что нам удалось «выловить» белок родопсин, – говорит Алина. – Мы сравнили ДНК этого белка с существующей базой генетических данных родопсинов и поняли, что имеем дело не просто с новым видом белка, а с новым семейством родопсинов».
Новый светочувствительный белок получил название Гелиородопсин (Heliorhodopsin) – в честь Гелиоса, солнечного божества в древнегреческой мифологии. Как выяснилось позже, гелиородопсин не является уникальным белком для Кинерета и обнаруживается во многих соленых и пресных водоемах. Проблема заключалась лишь в том, что ученые не знали, что им нужно искать новые семейства белка.
Алина Пушкарева рассказала, что с помощью уже известных родопсинов, внедряемых в нейроны человеческого мозга, можно изменять и регулировать течение ряда болезней: «Если внедрить родопсин в «слепые» нейроны, они станут чувствительны к свету. К примеру, при болезни Паркинсона нейроны недостаточно активны и не вырабатывают допамин. С помощью родопсина, присоединенного к сенсору «слепого» нейрона, он становится активным и «зрячим», и тогда повышается выработка допамина. Это гораздо более эффективное и щадящее средство, чем существующие на сегодняшний день методы лечения болезни Паркинсона – лекарства или воздействие электрического тока, которые влекут за собой массу побочных явлений».
О том, как именно будут воздействовать на нейроны вновь открытые родопсины, пока судить рано, но очевидно, что с их помощью открывается широкое поле для исследований.
Алина Пушкарёва родилась в Риге в 1984 году. В 8-летнем возрасте вместе с родителями репатриировалась в Израиль. Окончила медицинский факультет Еврейского университета (отделение микробиологии), в настоящий момент работает над докторской диссертацией и проводит исследования в лаборатории морской микробиологии Техниона.
il4u.org.il
Впервые за 50 лет найден новый светочувствительный белок
В ДНК организмов со дна Галилейского озера в Израиле биологи обнаружили новую, ранее неизвестную разновидность родопсина — светочувствительного пигмента вроде тех, с помощью которых мы видим в сумерках. Оказывается, существа, вырабатывающие белки, есть в каждом водоеме, но ученые не знают, зачем им нужны светочувствительные белки.
Большинство растений улавливают солнечные лучи с помощью хлорофилла — пигмента, играющего ключевую рольв процессе фотосинтеза; именно за счет хлорофилла растения преобразуют энергию Солнца в энергию химических связей.
У животных тоже есть биомолекулы, реагирующие на свет — пигменты родопсины. Самый хорошо изученный родопсин находится в клетках-палочках человеческой сетчатки; благодаря ему мы видим в сумерках; другие его разновидности встречаются у микроогранизмов — одноклеточных водорослей и бактерий. В их клетках родопсины используются как хлорофилл в клетках растений.
Такие родопсины ученые расчитывали обнаружить в клетках водных одноклеточных, выловленных в Галилейском озере. Впрыснув витамин А в культуру бактерий E. coli, в ДНК которых добавили фрагменты ДНК организмов из озера, ученые увидели фиолетовое окрашивание — признак присутствия родопсинов. Однако дальнейший анализ ДНК показал, что окрашивание было вызвано присутствием новой, ранее неизвестной науке разновидности родопсина.
О роли гелиородопсина в клетке пока известно немного. Ген, кодирующий его, во многом схож с генами, кодирующими родопсины водорослей и бактерий, но само вещество медленнее, поэтому ученые подозревают, что он, как и родопсин в сетчатке наших глаз, не запускает фотосинтез, а передает сигнал об изменении освещенности. Кроме того, ученые установили, что это разновидности родопсина в природе много: он есть в водорослях, бактериях даже вирусах, живущих в почве; организмы, использующие его, встречаются во всех крупных земных водоемах. До сих пор ученые не знали, что у всех этих организмов есть светочувствительные химические сенсоры; как они их используют, ученым предстоит разобраться.
Новый вид родопсина может помочь ученым в разработке новых устройств для хранения данных, новых солнечных батарей и методов оптогенетики — управления активностью отдельных генов с помощью света для изучения роли этих генов в организме. Исследование опубликовано в журнале Nature.
www.popmech.ru
Впервые за 50 лет найден новый светочувствительный белок - "VEXSI" Интересный Журнал
07.07.2018 Биология
В ДНК организмов со дна Галилейского озера в Израиле биологи обнаружили новую, ранее неизвестную разновидность родопсина — светочувствительного пигмента вроде тех, с помощью которых мы видим в сумерках. Оказывается, существа, вырабатывающие белки, есть в каждом водоеме, но ученые не знают, зачем им нужны светочувствительные белки.
Большинство растений улавливают солнечные лучи с помощью хлорофилла — пигмента, играющего ключевую рольв процессе фотосинтеза; именно за счет хлорофилла растения преобразуют энергию Солнца в энергию химических связей.
У животных тоже есть биомолекулы, реагирующие на свет — пигменты родопсины. Самый хорошо изученный родопсин находится в клетках-палочках человеческой сетчатки; благодаря ему мы видим в сумерках; другие его разновидности встречаются у микроогранизмов — одноклеточных водорослей и бактерий. В их клетках родопсины используются как хлорофилл в клетках растений.
Такие родопсины ученые расчитывали обнаружить в клетках водных одноклеточных, выловленных в Галилейском озере. Впрыснув витамин А в культуру бактерий E. coli, в ДНК которых добавили фрагменты ДНК организмов из озера, ученые увидели фиолетовое окрашивание — признак присутствия родопсинов. Однако дальнейший анализ ДНК показал, что окрашивание было вызвано присутствием новой, ранее неизвестной науке разновидности родопсина.
О роли гелиородопсина в клетке пока известно немного. Ген, кодирующий его, во многом схож с генами, кодирующими родопсины водорослей и бактерий, но само вещество медленнее, поэтому ученые подозревают, что он, как и родопсин в сетчатке наших глаз, не запускает фотосинтез, а передает сигнал об изменении освещенности. Кроме того, ученые установили, что это разновидности родопсина в природе много: он есть в водорослях, бактериях даже вирусах, живущих в почве; организмы, использующие его, встречаются во всех крупных земных водоемах. До сих пор ученые не знали, что у всех этих организмов есть светочувствительные химические сенсоры; как они их используют, ученым предстоит разобраться.
Новый вид родопсина может помочь ученым в разработке новых устройств для хранения данных, новых солнечных батарей и методов оптогенетики — управления активностью отдельных генов с помощью света для изучения роли этих генов в организме. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Понравилась статья?Подпишись на новости и будь в курсе самых интересных и полезных новостей.
ОК
Я соглашаюсь с правилами сайта
vexsi.ru
Впервые за 50 лет найден новый светочувствительный белок
Впервые за 50 лет найден новый светочувствительный белок
Большинство растений улавливают солнечные лучи с помощью хлорофилла — пигмента, играющего ключевую рольв процессе фотосинтеза; именно за счет хлорофилла растения преобразуют энергию Солнца в энергию химических связей.
У животных тоже есть биомолекулы, реагирующие на свет — пигменты родопсины. Самый хорошо изученный родопсин находится в клетках-палочках человеческой сетчатки; благодаря ему мы видим в сумерках; другие его разновидности встречаются у микроогранизмов — одноклеточных водорослей и бактерий. В их клетках родопсины используются как хлорофилл в клетках растений.
Такие родопсины ученые расчитывали обнаружить в клетках водных одноклеточных, выловленных в Галилейском озере. Впрыснув витамин А в культуру бактерий E. coli, в ДНК которых добавили фрагменты ДНК организмов из озера, ученые увидели фиолетовое окрашивание — признак присутствия родопсинов. Однако дальнейший анализ ДНК показал, что окрашивание было вызвано присутствием новой, ранее неизвестной науке разновидности родопсина.
О роли гелиородопсина в клетке пока известно немного. Ген, кодирующий его, во многом схож с генами, кодирующими родопсины водорослей и бактерий, но само вещество медленнее, поэтому ученые подозревают, что он, как и родопсин в сетчатке наших глаз, не запускает фотосинтез, а передает сигнал об изменении освещенности. Кроме того, ученые установили, что это разновидности родопсина в природе много: он есть в водорослях, бактериях даже вирусах, живущих в почве; организмы, использующие его, встречаются во всех крупных земных водоемах. До сих пор ученые не знали, что у всех этих организмов есть светочувствительные химические сенсоры; как они их используют, ученым предстоит разобраться.
Новый вид родопсина может помочь ученым в разработке новых устройств для хранения данных, новых солнечных батарей и методов оптогенетики — управления активностью отдельных генов с помощью света для изучения роли этих генов в организме. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник
rao-ees.ru
Впервые за 50 лет найден новый светочувствительный белок
Большинство растений улавливают солнечные лучи с помощью хлорофилла — пигмента, играющего ключевую рольв процессе фотосинтеза; именно за счет хлорофилла растения преобразуют энергию Солнца в энергию химических связей.
У животных тоже есть биомолекулы, реагирующие на свет — пигменты родопсины. Самый хорошо изученный родопсин находится в клетках-палочках человеческой сетчатки; благодаря ему мы видим в сумерках; другие его разновидности встречаются у микроогранизмов — одноклеточных водорослей и бактерий. В их клетках родопсины используются как хлорофилл в клетках растений.
Такие родопсины ученые расчитывали обнаружить в клетках водных одноклеточных, выловленных в Галилейском озере. Впрыснув витамин А в культуру бактерий E. coli, в ДНК которых добавили фрагменты ДНК организмов из озера, ученые увидели фиолетовое окрашивание — признак присутствия родопсинов. Однако дальнейший анализ ДНК показал, что окрашивание было вызвано присутствием новой, ранее неизвестной науке разновидности родопсина.
О роли гелиородопсина в клетке пока известно немного. Ген, кодирующий его, во многом схож с генами, кодирующими родопсины водорослей и бактерий, но само вещество медленнее, поэтому ученые подозревают, что он, как и родопсин в сетчатке наших глаз, не запускает фотосинтез, а передает сигнал об изменении освещенности. Кроме того, ученые установили, что это разновидности родопсина в природе много: он есть в водорослях, бактериях даже вирусах, живущих в почве; организмы, использующие его, встречаются во всех крупных земных водоемах. До сих пор ученые не знали, что у всех этих организмов есть светочувствительные химические сенсоры; как они их используют, ученым предстоит разобраться.
Новый вид родопсина может помочь ученым в разработке новых устройств для хранения данных, новых солнечных батарей и методов оптогенетики — управления активностью отдельных генов с помощью света для изучения роли этих генов в организме. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник
supreme2.ru
