Световой протонный насос у дальнего родственника

Исследователи изучили группу микроорганизмов, классифицируемых как Asgard archaea, и обнаружили в их мембране белок, который действует как миниатюрный светоактивируемый насос. Белок шизородопсин закачивает протоны внутрь организма. Это исследование может привести к созданию новых биомолекулярных инструментов для контроля pH в клетках или микроорганизмах.

Asgard archaea — относительно новая для науки, но древняя группа, важная для понимания эволюции. Это одноклеточные прокариоты (не имеют клеточного ядра), но генетически они близки к эукариотам (организмам с ядром). Они считаются современным аналогом древнего общего предка.

Команда доцента Кейичи Иноуэ из Университета Токио и профессора Хидэки Кандори из Технологического института Нагои исследовала светочувствительные белки — родопсины — у этих организмов, что неожиданно, так как они обитают на дне океанов и озёр.

«Мы изучили функцию особых родопсинов в Asgard archaea, называемых шизородопсинами, и обнаружили, что они действуют как светоактивируемые микроскопические насосы», — пояснил Иноуэ. «Шизородопсин использует энергию солнечного света для закачки протона в клетку по пути внутри белка. Многие прокариоты используют родопсины для выкачивания протонов наружу, но эта новая форма в Asgard archaea особенно интересна».

Для изучения наноскопических процессов использовалась методика лазерной флэш-фотолиза, при которой импульсный лазер стимулирует реакции. С помощью чувствительных датчиков отслеживалось изменение цвета белка, вызванное лазерным светом, что позволило детектировать кратковременную активацию шизородопсина.

«Эти результаты помогут лучше понять механизмы транспорта протонов и других ионов. Кроме того, шизородопсин может стать полезным молекулярным инструментом для исследователей», — отметил Иноуэ. «Например, в оптогенетике — новой методике контроля различных клеточных явлений с помощью света. Шизородопсины также можно использовать для контроля pH внутри клеток или микроорганизмов с помощью света, поскольку pH можно изменить, варьируя концентрацию протонов».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.