Onderzoekers onder leiding van Josef Lazar van het Instituut voor Organische Chemie en Biochemie van de Tsjechische Academie van Wetenschappen (IOCB Praag) hebben aangetoond dat moleculen van fluorescerende eiwitten fungeren als antennes met optische eigenschappen (dwz het vermogen om licht te absorberen en uit te zenden), afhankelijk van hun ruimtelijke oriëntatie. Voor het eerst ontdekt in kwallen, fluorescerende eiwitten worden tegenwoordig veel gebruikt in studies van moleculaire processen in levende cellen en organismen. De nieuw beschreven eigenschappen van deze moleculen zullen zowel in fundamenteel biologisch onderzoek als in de ontdekking van nieuwe geneesmiddelen worden toegepast. Een team van onderzoekers van IOCB Praag, het Instituut voor Microbiologie, en het Instituut voor Moleculaire Genetica van de Tsjechische Academie van Wetenschappen heeft de bevindingen in het tijdschrift gepubliceerd Proceedings van de National Academy of Sciences .

Om deze resultaten te bereiken, de onderzoekers maakten met genetisch gemodificeerde bacteriën voldoende fluorescerende eiwitten, identificeerde de omstandigheden waaronder de eiwitten kristallen vormen, en bepaalde de atomaire structuur van de kristallen. Gebruikmakend van een binnen de groep ontwikkelde unieke microscoop, ze hebben toen gemeten hoe deze kristallen licht absorberen en uitstralen, en uit de gegevens berekenden ze de richtingseigenschappen van de individuele moleculen. Hierdoor konden ze verifiëren dat de fluorescerende eiwitmoleculen zich niet gedragen als kleine lichtgevende stippen, zoals vaak ten onrechte wordt aangenomen, maar eerder als miniatuurantennes. Net als antennes voor radio, Wifi, en televisie-uitzendingen, deze moleculen absorberen alleen licht uit bepaalde richtingen. Hetzelfde, ze zenden alleen licht uit in bepaalde richtingen. Ook deze richtingen wisten de onderzoekers precies vast te stellen.

De mogelijkheid dat fluorescerende eiwitmoleculen zich gedragen als antennes die vreemd licht kunnen absorberen, was aangenomen, maar het bleek lang moeilijk te bevestigen, en dat beperkte de toepassingen ervan. De obstakels zijn overwonnen door Josef Lazar van IOCB Praag en zijn team, die gespecialiseerd is in de ontwikkeling en het gebruik van geavanceerde optische microscopiemethoden.

"Op basis van de bevindingen van andere laboratoria en die van ons, we vermoedden dat fluorescerende eiwitmoleculen zich waarschijnlijk als antennes gedroegen. Niettemin, we waren verrast om te zien hoe waar die analogie is en hoe nauwkeurig we de richtingen konden bepalen van waaruit deze moleculen licht absorberen en uitzenden, ' zegt Josef Lazar.

Het feit dat fluorescerende eiwitmoleculen fungeren als miniatuurantennes is niet alleen interessant als een nieuwsgierigheid van de natuurkunde, het kan ook belangrijke praktische toepassingen hebben. Het bevestigen van een fluorescerend eiwit aan een ander interessant eiwit betekent het bevestigen van een miniatuurantenne die vervolgens kan worden gebruikt om vast te stellen, in detail, veranderingen in de vorm van de moleculen van het eiwit van belang, direct in een levende cel. Dergelijke veranderingen in moleculaire vorm kunnen worden veroorzaakt door een medicijn, bijvoorbeeld. De huidige ontdekking zal dus toepassingen vinden in de studie van belangrijke fysiologische processen op moleculair niveau en in de ontdekking van nieuwe geneesmiddelen.

"Het belang van onze bevinding ligt in het feit dat, hoewel fluorescerende eiwitmoleculen veel worden gebruikt in biologisch onderzoek, hun vermogen om zich als antennes te gedragen wordt nog niet volledig gewaardeerd, het wordt ook niet echt gebruikt. Kennis van de richtingseigenschappen van fluorescerende eiwitten kan leiden tot nieuwe manieren om deze bruikbare moleculen te gebruiken, " legt Lazar uit.

In samenwerking met andere groepen van IOCB Praag, Het team van Lazar probeert de huidige bevindingen al toe te passen in, bijvoorbeeld, de studie van de fysiologische effecten van insuline en de ontwikkeling van insulinevervangers voor oraal gebruik. Een ander voorbeeld van een mogelijke toepassing van de huidige ontdekking is het opsporen van elektrische signalen in zenuwcellen, die nuttig zou kunnen zijn bij de studie van de hersenen en neurologische ziekten.