В самых экстремально холодных точках нашей планеты — среди ледников Гренландии и на высокогорных плато Тибета — учёные обнаружили уникальный белок, который может стать ключом к созданию революционных технологий для исследования мозга. Это открытие, сделанное международной группой исследователей под руководством структурного биолога Кирилла Ковалева из EMBL Гамбург и Европейского института биоинформатики EMBL, обещает перевернуть представления о возможностях нейробиологии.
Что такое родопсины и почему они важны?
Исследователи сосредоточили своё внимание на особом классе белков — родопсинах. Эти ярко окрашенные молекулы обычно помогают водным микроорганизмам преобразовывать солнечный свет в энергию. Однако в ледяных пустынях был найден совершенно новый их подвид — криородопсины. Их уникальность заключается в способности передавать световые сигналы непосредственно в клетки, что открывает фантастическую перспективу для создания устройств, способных напрямую взаимодействовать с нейронами головного мозга.
От оптогенетики к новым горизонтам
Родопсины уже не первый год служат науке. Например, они являются основой оптогенетики — передового метода, позволяющего управлять активностью нервных клеток с помощью света. Однако холодные родопсины, особенно те, что чувствительны к синему свету, могут стать инструментом следующего поколения. Дело в том, что синие родопсины активируются красным светом, который обладает уникальной способностью глубоко проникать в биологические ткани, не повреждая их. Это делает их идеальными кандидатами для проведения неинвазивных исследований мозга и потенциальных терапевтических вмешательств.
«Моя цель — находить нестандартные родопсины и расшифровывать механизмы их работы, — поясняет Кирилл Ковалёв. — У этих белков могут быть скрытые функции, о которых мы пока даже не догадываемся, и их изучение крайне перспективно».
Удивительное сходство в ледяной изоляции
Изначально научное сообщество считало родопсины хорошо изученными. Однако анализ белков, извлечённых из экстремально холодных сред, преподнёс сюрприз. Несмотря на тысячи километров, разделяющих ледники Гренландии и Тибетское нагорье, обнаруженные там белки оказались практически идентичными. Это явное свидетельство мощной адаптации к жизни при низких температурах и привело к официальному признанию новой группы — холодовых родопсинов.
Обратите внимание: Что говорят научные исследования о быстром изучении английского языка?.
Исследование в темноте и первые открытия
Для детального изучения структуры этих светочувствительных белков учёным пришлось прибегнуть к самым современным методам: четырёхмерной структурной биологии, рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии. Все эксперименты проводились практически в полной темноте, чтобы не активировать белки преждевременно.
Когда криородопсины протестировали на культурах клеток мозга, результат поразил исследователей. Под воздействием ультрафиолетового света белки генерировали электрический ток, причём разные длины световых волн вызывали различную активность. Любопытно, что их реакция на свет была заметно медленнее, чем у «обычных» родопсинов.
«Они действительно могут это сделать?» — вспоминает Ковалёв свои первые впечатления от увиденного.
Загадочный помощник и роль ультрафиолета
Дальнейший генетический анализ выявил интересную закономерность: ген, кодирующий холодовой родопсин, часто располагается рядом с геном маленького, ранее неизвестного белка. С помощью инструмента искусственного интеллекта AlphaFold учёные построили модель, согласно которой пять копий этого белка-помощника образуют кольцо вокруг криородопсина, вероятно, усиливая и стабилизируя передачу светового сигнала в клетку.
Это открытие заставило пересмотреть изначальную гипотезу. «Мы полагаем, что уникальные свойства криородопсина сформировались не столько как адаптация к холоду, сколько как защита микроорганизмов от интенсивного ультрафиолетового излучения, которое особенно сильно в разреженном воздухе высокогорий и на ледяных поверхностях», — отметил Ковалёв.
Медицинские перспективы: от исследований до терапии
Открытие сразу же привлекло внимание медицинского сообщества. «В исследованиях и терапии существует огромный спрос на новые, более эффективные оптогенетические инструменты для контроля клеточной активности, — заявил Тобиас Мозер, соавтор исследования из Университетской клиники Гёттингена. — Например, на основе этих белков можно создать оптические кохлеарные импланты нового поколения для восстановления слуха, которые будут точнее и безопаснее существующих».
«Стоит понимать, что криородопсины пока не готовы к непосредственному клиническому применению, — подчеркнул Ковалев. — Однако они являются бесценными прототипами, на основе которых можно разрабатывать технологии будущего».
Результаты этого прорывного исследования были опубликованы 4 июля 2025 года в авторитетном журнале «Научный прогресс».
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.