بروتينات زرقاء نادرة من الجراثيم المتكيفة مع البرودة قد تكون نماذج أولية للمسكات الجزيئية

بروتينات زرقاء نادرة من الميكروبات المتكيفة مع البرودة قد تعمل كمفاتيح جزيئية اكتشف كيريل كوفاليف، زميل ما بعد الدكتوراه في فريق شنايدر بـ EMBL هامبورغ وفريق باتمان بـ EMBL-EBI، مجموعة جديدة من البروتينات تسمى "كرو-Rhodopsins" التي توجد في بيئات برودة شديدة مثل الجليديات في غرينلاند والجبال العالية في التبت والمياه الجوفية الباردة الدائمة في فنلندا. هذه البروتينات تتميز بقدرتها على تحويل النشاط الكهربائي للخلايا بين الوضع التشغيل والوقف، وهي ميزة يمكن أن تكون مفيدة للغاية في مجال العلوم العصبية والتكنولوجيا الحيوية. اكتشاف غير متوقع بينما كان كوفاليف يتصفح قواعد بيانات البروتينات عبر الإنترنت، لاحظ وجود خاصية غير اعتيادية مشتركة بين البروتينات الخلوية التي تتكيف مع البيئات الباردة. هذه البروتينات كانت شديدة الشبه رغم أن مصدرها يبعد آلاف الكيلومترات. هذا الاكتشاف غير المتوقع دفعه إلى تسميتها "كرو-Rhodopsins" وأثار فضوله لمعرفة المزيد عنها. دراسة الألوان والبنية الجزيئية الألوان هي السمة الرئيسية لكل بروتين رودوبيسين، حيث تتأثر بنصها الجزيئي. معظم البروتينات الرودوبيسين تكون بنفسجية أو برتقالية، لكن كوفاليف كان مذهولاً عندما وجد أن بعض الكرو-Rhodopsins تظهر باللون الأزرق في المختبر. هذه الخاصية مهمة لأن البروتينات الزرقاء يتم تنشيطها بواسطة الضوء الأحمر، الذي يخترق الأنسجة بشكل أعمق وأقل تدخلًا. تطبيقات جديدة في العلوم العصبية أجرى فريق كوفاليف دراسات على الخلايا العصبية المزروعة في المختبر. عند تعرض الخلايا التي تحتوي على الكرو-Rhodopsins للضوء فوق البنفسجي، تولدت تيارات كهربائية داخلها. إذا تم إضاءة الخلايا بموجات الضوء الخضراء بعدها، أصبحت الخلايا أكثر استثارة، بينما تقللت استثارة الخلايا عند استخدام الضوء الأحمر والضوء فوق البنفسجي. أهمية الاكتشاف توماس موزر، قائد فريق البحث في المركز الطبي الجامعي في غöttingen، يرى أن هذه الأدوات الجديدة في العلوم العصبية ستكون مفيدة للغاية في الأبحاث والتكنولوجيا الحيوية والطب. يمكن استخدامها في تطوير زراعة القوقعة البصرية الجديدة التي تستعيد السمع لدى المرضى بواسطة التقنيات البصرية. آلية حماية الضوء فوق البنفسجي أظهرت دراسات الفريق باستخدام الطيفية المتقدمة أن الكرو-Rhodopsins هي البطيئة nhất بين جميع الرودوبيسينات في الاستجابة للضوء. هذا جعل الباحثين يشككون في أنها قد تعمل كالحساسات الضوئية، مما يساعدهم في "رؤية" الضوء فوق البنفسجي، وهو خصوصية لم تكن معروفة في بقية الرودوبيسينات. البروتين الصغير المرافق لاحظ كوفاليف وزملاؤه من إسبانيا وEMBL-EBI أن جين الكرو-Rhodopsin يرافقه دائمًا جين يرميز لبروتين صغير مجهول الوظيفة. باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي مثل AlphaFold، تمكنوا من إظهار أن خمس نسخ من هذا البروتين الصغير تشكل حلقة وتتفاعل مع الكرو-Rhodopsin. يعتقدون أن عندما يكتشف الكرو-Rhodopsin الضوء فوق البنفسجي، يقوم البروتين الصغير بنقل هذه المعلومات إلى باقي أجزاء الخلية. فرضيات التطوير البيولوجي يشتبه كوفاليف في أن الكرو-Rhodopsins تطورت لتنشيط الخلايا في بيئات برودة شديدة بسبب الحاجة إلى حماية الميكروبات من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. هذه الفرضية تتوافق مع نتائج الأبحاث التي أجريت. التحديات التقنية لمواجهة التحديات التقنية في دراسة هذه البروتينات، استخدم كوفاليف نهجًا جزيئيًا رباعي الأبعاد، حيث جمع بين تقنيات البلورات السينية ومجهر الإلكترون البارد (cryo-EM) وتنشيط البروتينات بالضوء. هذا النهج السيني المتقدم في EMBL هامبورغ ساعد في فهم التفاصيل الدقيقة للبنية الجزيئية للكرو-Rhodopsins. تقييم الحدث من قبل المختصين يعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة في تطوير أدوات جديدة لتحكم دقيق في النشاط الكهربائي للخلايا، مما يمكن أن يفتح آفاقًا جديدة في العلوم العصبية والطب. كما يسلط الضوء على أهمية البحث العلمي في بيئات بعيدة ومتنوعة، حيث يمكن أن تقدم لنا هذه الأماكن مolecules استثنائية ومتعددة الاستخدامات. نبذة عن EMBL EMBL (European Molecular Biology Laboratory) هو مختبر أوروبي للعلوم الحيوية الجزيئية، يضم فرقًا من الباحثين الدوليين المتميزين في مختلف المجالات العلمية. يوفر EMBL بيئة بحثية متقدمة وموارد تقنية عالية المستوى تسهل الاكتشافات العلمية الهامة مثل الكرو-Rhodopsins.