Открытие новых светочувствительных белков «криородопсинов» может совершить прорыв в нейронауках
Белок, обнаруженный в самых холодных уголках Земли — на ледниках Гренландии и высокогорьях Тибета, — способен стать основой для революционных технологий в изучении мозга. Об этом свидетельствует исследование, проведенное структурным биологом Кириллом Ковалевым из группы Шнайдера EMBL Hamburg и группы Бейтмена EMBL-EBI.
Ученый сосредоточился на изучении родопсинов — ярко окрашенных белков, которые помогают водным микроорганизмам преобразовывать солнечный свет в энергию. Особый интерес представляет новый подкласс этих белков, названный криородопсинами. Они встречаются исключительно в холодных регионах и обладают уникальной способностью передавать световые сигналы клеткам, что открывает перспективы для создания устройств, взаимодействующих с мозгом.
Родопсины уже давно используются в нейронауках, например, в оптогенетике — методике, позволяющей управлять активностью клеток с помощью света. Однако криородопсины, особенно их синие разновидности, могут стать еще более ценным инструментом. Синие родопсины активируются красным светом, который глубже проникает в ткани, что делает их идеальными для неинвазивных исследований.
«Я ищу необычные родопсины и пытаюсь понять, как они работают, — объясняет Ковалев. — Возможно, у них есть неизученные функции, которые мы сможем применить».
Изначально ученый считал, что родопсины уже полностью изучены, но анализ белков из экстремально холодных сред показал удивительную закономерность. Несмотря на географическую удаленность, эти белки были почти идентичны, что указывало на их адаптацию к низким температурам. Так была открыта группа криородопсинов.
Исследование их структуры потребовало применения методов 4D-структурной биологии, рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии. Из-за светочувствительности белков эксперименты проводились почти в полной темноте.
Тесты на культурах клеток мозга показали, что под воздействием ультрафиолета криородопсины генерируют электрические токи, причем разные цвета света вызывали разную активность. Неожиданностью стало то, что их реакция на свет оказалась медленнее, чем у других родопсинов.
«Они действительно могут это делать?» — вспоминает Ковалев свои первые впечатления от наблюдений.
Дальнейший анализ выявил, что ген криородопсина часто соседствует с геном неизвестного малого белка. Используя инструмент AlphaFold, ученые предположили, что пять копий этого белка образуют кольцо вокруг криородопсина, помогая передавать сигнал клетке.
«Мы предполагаем, что криородопсины развили свои особенности не из-за холода, а для защиты микроорганизмов от ультрафиолетового излучения, которое особенно интенсивно в высокогорьях», — говорит Ковалев.
Открытие уже заинтересовало специалистов в области медицины. «Новые оптогенетические инструменты, позволяющие эффективно управлять активностью клеток, крайне востребованы в исследованиях и лечении», — отмечает соавтор работы Тобиас Мозер из Университетского медицинского центра Гёттингена. Например, их можно использовать в разработке оптических кохлеарных имплантов для восстановления слуха.
«Пока криородопсины не готовы к применению, но они — отличный прототип для будущих технологий», — подчеркивает Ковалев.
Исследование опубликовано 4 июля 2025 года в журнале Science Advances.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/otkrytie-novyh-svetochuvstvitelnyh-belkov-kriorodopsinov-mozhet-sovershit-proryv-v-nejronaukah/