Comutator versatil pentru celule controlate de lumină Structura pompei ionice acționate de lumină KR2 poate
Oamenii de știință din Jülich, Grenoble, Frankfurt și Moscova au descoperit structura atomică a KR2, un transportor cu lumină pentru ioni de sodiu care fusese descoperit abia recent. Pe baza informațiilor structurale, echipa a identificat apoi o modalitate simplă de a transforma KR2 dintr-o pompă de sodiu într-o pompă de potasiu folosind mijloace simple. Integrat în neuroni, acest lucru ar putea face din KR2 un instrument valoros pentru optogenetică, un nou domeniu de cercetare care folosește proteine sensibile la lumină ca întrerupătoare moleculare pentru a controla cu precizie activitatea neuronilor și a altor celule excitabile electric folosind impulsuri luminoase. Constatarile au fost publicate in revista Nature Structural and Molecular Biology.
În 2013, oamenii de știință au făcut o descoperire neașteptată în timpul investigării bacteriei marine Krokinobacter eikastus. În membrana sa celulară, bacteria avea un tip de transportor de ioni necunoscut anterior. Proteina, care a fost numită KR2, aparține unui grup de proteine sensibile la lumină care au devenit baza domeniului de cercetare al optogeneticii. Atunci când sunt expuse la lumină, aceste proteine permit particulelor încărcate să curgă în celulă sau să le transporte în afara celulei. Integrarea acestor transportori de ioni în membrana neuronală face posibilă modificarea stării lor de încărcare folosind impulsuri de lumină, permițând astfel controlul precis al activității lor. Această metodă a devenit rapid stabilită în special în neuroștiințe. Cu toate acestea, doar câteva proteine sunt disponibile în prezent pentru acest lucru și fiecare dintre aceste proteine a fost permeabilă numai anumitor ioni.
KR2 transportă ioni de sodiu încărcați pozitiv din celulă, o caracteristică care până acum lipsise în setul de instrumente de optogenetică. Cu toate acestea, până acum nici structura atomică exactă, nici mecanismul de transport al ionilor nu erau cunoscute - ceea ce este o condiție prealabilă importantă pentru utilizarea KR2 și adaptarea acestuia pentru aplicații specifice. Această provocare a trezit interesul unei echipe de biologi structurali condusă de prof. Univ. Valentin Gordeliy, care conduce grupuri de cercetare la Institutul de sisteme complexe (ICS-6) la Forschungszentrum Jülich, Germania, la Institutul de biologie structurală din Grenoble, Franța, și la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova din Rusia. Folosind cristalografia cu raze X, echipa a obținut primele imagini structurale 3D de înaltă rezoluție ale proteinei unice și ale complexului format din cinci părți pe care molecula KR2 le formează spontan în condiții fiziologice.