"Подобные натриевые насосы могут рассматриваться как перспективные инструменты для управления нервными клетками при помощи световых сигналов — то, чем занимается новая наука оптогенетика", — говорится в сообщении пресс-службы МФТИ.
Белок KR2 имеет все шансы стать ключевым инструментом оптогенетики. Её создатели совсем недавно были удостоены премии Breakthrough Prize. Исследования в этой области проводятся и в МФТИ, и недавно было объявлено о создании центра по изучению старения, в рамках которого, в том числе, планируется создание лаборатории оптогенетики под руководством профессора Валентина Горделия — главного автора обсуждаемой работы.
Среди множества белков, закодированных в человеческом геноме, в особую группу выделяют мембранные белки. Это сложные молекулярные механизмы, которые встроены в мембрану каждой живой клетки и выполняют самые разные функции. Некоторые из них служат активными переносчиками тех веществ, которые сами по себе пройти через клеточную оболочку не могут – например, ионы хлора или калия, при помощи которых клетка регулирует солевой баланс внутри себя. В организме человека нервные клетки используют эти ионы для того, чтобы передавать нервный импульс: при переносе заряженных частиц через мембрану нейрона меняется разность потенциалов с разных сторон от неё, и электрический сигнал проходит дальше. Для того, чтобы пропустить следующий сигнал, нейрону нужно «сбросить» потенциал на начальное значение. Для этого он использует специальные молекулярные механизмы, которые выкачивают ионы наружу – ионные насосы, или ионные помпы.
Такие насосы в клетках человека работают по сигналу, который подаёт им сама клетка или её окружающая среда – например, они могут реагировать на изменение потенциала вдоль нейрона, чтобы затем автоматически “сбрасывать” потенциал после прохода сигнала. Однако в ряде экзотических организмов (например, в некоторых морских бактериях) такие насосы реагируют не на внутриклеточные сигналы, а на свет. Наличие таких необычных ионных помп открывает возможность для управления нервными импульсами в человеческих и любых других клетках.
В 2002 году учёные под руководством Эрнста Бамберга и Питера Хегеманна показали, что таким способом можно управлять разностью потенциалов по разные стороны клеточной мембраны в клетках одной из зелёной водоросли. Затем за несколько лет было показано, что такой подход можно применять не только на отдельных клетках, но и на более крупных организмах — вплоть до мышей.
Для перекачивания ионов учёные использовали три вида насосов. Первый — неспецифичные каналы. Под действием света они пропускают какие-то положительные ионы, но типом ионов управлять не получается. Второй — разнообразные галородопсины, перекачивающие через мембрану только отрицательные ионы хлора. Третий — протонные помпы, которые могут переносить через клеточную оболочку протоны. Первых двух типов насосов недостаточно, чтобы с хорошей точностью управлять нервным сигналом, а третий тип насосов плохо влияет на клетку — он меняет pH в ее цитоплазме, что плохо сказывается на работе её внутренних

Источник: РИА Новости - http://ria.ru/studies/20151210/1339596202.html