Возвращая эволюционные часты назад: исследование светочувствительного белка

Исследователи приближаются к использованию света для лечения болезней. Ключ — в управлении светочувствительными белками.

Лаборатория Керфельд изучает оранжевый каротиноидный белок (OCP), уникальный для цианобактерий. OCP защищает их от повреждения при избытке солнечного света. Учёные хотят использовать эту светозависимую активацию для управления созданными медицинскими технологиями.

В новом исследовании, опубликованном в The Plant Journal, Сигал Лекно-Йоссеф показала, как взаимодействуют две части OCP, если их разделить, и создала синтетические версии OCP, комбинируя "строительные блоки" от разных природных вариантов этого белка.

Обратная эволюция

Белок OCP состоит из двух доменов — C-концевого и N-концевого, — соединённых каротиноидным пигментом. Учёные предположили, что современный OCP — результат слияния генов этих доменов миллионы лет назад.

В эксперименте они:

  1. Разрушили каротиноидную связь, разделив белок.
  2. Поместили оба домена в тестовую систему, чтобы увидеть, смогут ли они снова соединиться — воспроизведя предполагаемый эволюционный процесс.

Результаты:

  • Без каротиноида домены оставались разделёнными.
  • При добавлении каротиноида они соединялись, образуя синтетические OCP.
  • Реакция синтетических OCP на свет была похожа на природные аналоги. Однако в темноте воссоединялся только один из синтетических вариантов.

Важное открытие: в изолированном состоянии C-концевой домен тоже может связываться с каротиноидом (в цельном OCP это делает N-концевой домен). Поскольку белки, похожие на C-концевой домен, широко распространены в природе, это открывает новые возможности для биоинженерии в разных организмах.

Свет в синтетической биологии

Точное знание структуры OCP и его доменов делает их перспективными для конструирования. Долгосрочная цель — использовать их в оптогенетике — технике, использующей свет для контроля процессов в живых клетках (например, для изучения мозга или лечения болезней вроде Паркинсона).

Преимущества OCP для оптогенетики:

  • Более быстрый отклик на свет по сравнению с используемыми сейчас светочувствительными белками.
  • Гибкость в процессах сборки и разборки.

Потенциальные применения:

  • Контроль дозировки лекарств: синтетический OCP, который собирается/разбирается под светом, может регулировать высвобождение многократных доз препарата.
  • "Выключатель" терапии: отдельные домены OCP могут служить одноразовым "предохранителем" для лечения, требующего однократного применения.

"Мы всё ещё на теоретической стадии представления применений, но мы недалеки от начала экспериментов с синтетическими системами", — говорит Сигал Лекно-Йоссеф.