کشف پروتئین‌هایی نادر که میتواند فعالیت سلول‌های مغز را کنترل کند!

به گزارش مجله خبری نگار/ایمنا، تیمی از دانشمندان موفق شده‌اند در دل یخ‌های قطبی گرینلند، ارتفاعات تبت و سفره‌های یخ‌زده فنلاند، گونه‌ای از میکروب‌ها را شناسایی کنند که دارای پروتئینی نادر و نورحساس به نام «کریورودوپسین» (Cryorhodopsin) هستند. این پروتئین منحصر‌به‌فرد توانایی آن را دارد که با استفاده از تابش نور، فعالیت الکتریکی سلول‌ها را کنترل کند؛ قابلیتی که زمینه‌ساز تحولی در علم عصب‌پژوهی و پزشکی نوری خواهد بود.

کیرل کوالف، زیست‌فیزیک‌دان مرکز زیست‌مولکولی اروپا (EMBL)، در بررسی بانک‌های داده پروتئینی به گروهی جدید از رودوپسین‌ها برخورد که تنها در شرایط بسیار سرد قابل شناسایی‌اند. برخلاف رودوپسین‌های معمولی که اغلب در محیط‌های دریایی یافت می‌شوند، کریورودوپسین‌ها ساختاری ویژه دارند و برای بقا در دمای پایین تکامل یافته‌اند، یکی از ویژگی‌های جالب‌توجه این پروتئین‌ها رنگ آبی آنهاست؛ در حالی‌که بیشتر رودوپسین‌ها از رنگ صورتی تا نارنجی متغیر هستند، همین خاصیت رنگی آبی موجب شده است کریورودوپسین‌ها برای نفوذ بهتر نور در بافت‌های انسانی و استفاده در کاربرد‌های درمانی مناسب‌تر باشند. بررسی‌های دقیق ساختاری نشان داده‌اند که این رنگ آبی حاصل چینش خاص مولکول‌ها در این نوع پروتئین است؛ ویژگی‌ای که می‌تواند در طراحی نسخه‌های مهندسی‌شده مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

در آزمایش‌هایی که بر روی سلول‌های عصبی در محیط کشت انجام شد، پژوهشگران دریافتند که تابش نور فرابنفش منجر به فعال‌سازی جریان الکتریکی در سلول‌ها می‌شود، همچنین بسته به طول موج تابش نور (سبز، قرمز یا فرابنفش)، میزان تحریک‌پذیری سلول‌های عصبی قابل تنظیم است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که از کریورودوپسین می‌توان برای توسعه ابزار‌های اپتوژنتیکی بهره گرفت؛ ابزاری که در آن، نور به‌عنوان ابزار اصلی برای کنترل عملکرد نورون‌ها استفاده می‌شود. توبیاس موزر، عصب‌پژوه دانشگاه گوتینگن آلمان، در همین راستا اعلام کرده است که تیم تحقیقاتی او در حال طراحی ایمپلنت‌های نوری حلزونی گوش است که می‌تواند جایگزین سمعک‌های سنتی شود. وی معتقد است رودوپسین‌های چندمنظوره‌ای همچون کریورودوپسین می‌توانند راه را برای درمان‌های نوآورانه در حوزه شنوایی، بینایی و اختلالات عصبی باز کنند.

با آن‌که هنوز این پروتئین‌ها آماده کاربرد بالینی نیستند، اما پژوهشگران به‌شدت نسبت به آینده آنها خوش‌بین هستند و آنها را بنیانی برای تولید پروتئین‌های مهندسی‌شده دقیق‌تر می‌دانند، توجه آن است که در تجزیه‌وتحلیل ساختاری این پروتئین‌ها، تیم تحقیقاتی از الگوریتم پیش‌بینی ساختار پروتئینی AlphaFold بهره برده‌اند، این الگوریتم هوش مصنوعی کمک کرده تا روشن شود کریورودوپسین‌ها برای عملکرد خود نیازمند همکاری با یک پروتئین حلقه‌ای کوچک هستند؛ ترکیبی که پیام‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند.

برای تأیید این ساختارها، دانشمندان از تکنیک‌هایی، چون میکروسکوپی الکترونی سرما-محور (Cryo-EM) و کریستالوگرافی پرتوی ایکس استفاده کرده‌اند، کوالف تصریح می‌کند که به دلیل حساسیت نوری بالای کریورودوپسین، کلیه آزمایش‌ها در تاریکی مطلق انجام شده است و بدون زیرساخت پیشرفته مرکز EMBL در هامبورگ، اجرای چنین پروژه‌ای ممکن نبود. کشف کریورودوپسین‌ها نه تنها درک ما از تطابق زیستی در محیط‌های سرد را گسترش می‌دهد، بلکه نویدبخش فناوری‌های پزشکی جدیدی است که با استفاده از نور، کنترل دقیقی بر عملکرد نورون‌ها فراهم می‌کند. از درمان بیماری‌های عصبی تا ساخت ایمپلنت‌های نوری، این پروتئین‌ها دریچه‌ای تازه به آینده پزشکی و نوروفناوری می‌گشایند.