Оптогенетика — комбинированный переключатель включает и выключает нейроны

Исследователи из Института биофизики Макса Планка во Франкфурте-на-Майне разработали молекулярный световой переключатель, который позволяет управлять клетками точнее, чем когда-либо. Комбинационный переключатель состоит из двух различных светочувствительных мембранных белков — один для включения, другой для выключения.

Решение проблемы точности

Для точного контроля важно, чтобы функцию клетки можно было одинаково хорошо выключать и включать. Ранее, когда гены вводили отдельно, клетка производила разное количество копий каждого белка, и один тип начинал доминировать.

Группа учёных под руководством Эрнста Бамберга нашла элегантное и универсальное решение: они расположили гены для белков-включения и выключения на одном участке ДНК, добавив ген с инструкцией для соединительного элемента. Этот промежуточный белок связывает два переключающих белка и надёжно закрепляет их в клеточной мембране.

«Таким образом мы можем гарантировать, что переключатели встраиваются в клеточную стенку бок о бок и всегда в соотношении 1:1. Это позволяет нам управлять клеткой с высокой точностью», — объясняет Эрнст Бамберг.

Как работает переключатель

Комбинационный световой переключатель состоит из мембранных белков каналродопсина-2 и галородопсина.

• Каналродопсин-2 из зелёной водоросли Chlamydomonas reinhardtii реагирует на синий свет, делая клеточную стенку проницаемой для положительно заряженных ионов. Приток ионов запускает нервный импульс, активируя клетку.
• Галородопсин из бактерии Natromonas pharaonis имеет противоположный эффект: при освещении оранжевым светом он пропускает отрицательно заряженные ионы, подавляя нервные импульсы.

Поскольку белки реагируют на свет разной длины волны, вместе они представляют собой полезный инструмент для произвольного включения и выключения клеток.

Универсальность метода

Учёные показали, что использованный метод соединения двух молекул также подходит для работы с другими белками.

«Связывая различные белки по мере необходимости, в будущем мы сможем управлять клетками с гораздо большей точностью», — утверждает Бамберг.