De structuur van een organisch meer Phycodnavirus rhodopsin II (OLPVRII), wat een uniek eiwit is dat wordt aangetroffen in het genoom van gigantische virussen, is bepaald dankzij het werk van MIPT-afgestudeerden en Ph.D. studenten. De krant is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het onderzoek is het resultaat van een samenwerking met veel MIPT-alumni. Dmitry Bratanov was een van hen. Dmitri, die momenteel werkt aan het Institute of Complex Systems (ICS-6) van het Research Center Juelich, Duitsland, zegt dat hoewel virale rodopsines enkele jaren geleden voor het eerst werden ontdekt in de zogenaamde gigantische virussen, hun structuur, functie, en biologische rol zijn tot nu toe onduidelijk gebleven.

Een gigantisch virus is een heel groot virus, de grootte van een typische bacterie. Het is zo groot dat het zichtbaar is onder een lichtmicroscoop. Gigantische virussen infecteren groene algen, die zuurstof produceren en helpen het natuurlijke ecologische evenwicht van de wereldzeeën te behouden. Daarom, gigantische virussen zijn van groot onderzoeksbelang vanuit milieuoogpunt.

"In dit werk, we hebben de hoge resolutiestructuur van OLPVRII ontcijferd, functioneel gekarakteriseerd het eiwit, en toonde aan dat het pentameren vormt, niet alleen in kristallen maar ook in lipidemembranen, " legt Dmitry uit. "Dit was geen gemakkelijke taak. Er moesten talloze experimenten worden uitgevoerd, voor sommigen van hen gebruikten we geavanceerde technieken en apparatuur. Wat we hebben bereikt is het resultaat van het harde en nauwgezette werk van de internationale groep wetenschappers."

Deze pentamere organisatie is eerder waargenomen bij sommige andere rodopsines, zoals, bijvoorbeeld, in de door licht aangedreven natriumpomp KR2. Echter, wat de OLPVRII-structuur bijzonder maakt, is dat deze een ongebruikelijke porie in het midden heeft (zie figuur 1). De functie ervan blijft onbekend.

"We denken dat de porie misschien werkt als een ionkanaal, hoogstwaarschijnlijk voor chloride-ionen, " zegt Kirill Kovalev, een co-auteur van het papier en Ph.D. student aan MIPT.

Ionenkanalen zijn eiwitten die een passieve route creëren voor ionen om door het celmembraan te stromen. Deze kanalen zijn meestal gesloten in het donker, wat betekent dat ionen niet in of uit de cel kunnen bewegen. In het geval van lichtgevoelige kanalen, ze openen als reactie op lichtabsorptie, waardoor ionen door de concentratiegradiënt kunnen stromen. Met andere woorden, ionen bewegen in de richting die de ionenconcentraties binnen en buiten de cel gelijk zou maken.

Een typisch voorbeeld van een lichtgevoelig kanaal is channelrhodopsine 2. Het werd gevonden in de groene alg Chlamydomonas reinhardtii en wordt veel gebruikt als een optogenetisch hulpmiddel. Wat OLPVRII betreft, de onderzoekers denken dat dit misschien wel het eerste pentamere lichtgestuurde ionkanaal is dat ooit is ontdekt, zoals gesuggereerd door de bepaalde structuur en moleculaire simulaties.

"Echter, de kanaalactiviteit van OLPVRII moet nog worden aangetoond, " merkt Kirill Kovalev op." We zullen ons onderzoek voortzetten en zullen er zeker achter komen waarom deze ongewone rodopsine door de natuur is gemaakt. Misschien helpt het de gastheer om zijn levensondersteunende functies uit te voeren wanneer een cel is geïnfecteerd met een virus, of misschien is het een sensor."

Dat gezegd hebbende, het bestuderen van de structuur van het virale rodopsine wierp enig licht op hoe het functioneert. Er werd aangetoond dat OLPVRII, zoals de meeste andere rodopsines, werkt als een protonpomp. Het is echter onwaarschijnlijk dat dit de belangrijkste functie is, zeggen de onderzoekers. Het belangrijkste doel ervan moet nog worden onderzocht en bewezen.

"Als we bewijzen dat dit virale rodopsine in feite een ionenkanaal is, het kan een geweldig hulpmiddel worden in optogenetica en biomedische toepassingen, " zegt mede-auteur Valentin Gordeliy, die onderzoeksgroepen leidt aan het Institute of Structural Biology in Grenoble en het Research Center Juelich. Valentin is ook onderzoekscoördinator bij het onderzoekscentrum voor moleculaire mechanismen van veroudering en leeftijdsgerelateerde ziekten van het MIPT.

De onderzoekers zeggen dat de nieuwe tool al zijn tegenhangers zal overtreffen dankzij de voordelen van zijn pentamere structuur:het gemak waarmee je de eigenschappen van het eiwit genetisch kunt manipuleren en misschien de hoge stromen die door de centrale porie circuleren.

Om het voorrangsrecht te hebben om hun uitvinding te gebruiken, de auteurs van het artikel hebben een octrooiaanvraag ingediend voor het gebruik van het virale rodopsine OLPVRII op het gebied van optogenetica.

Optogenetica is een tak van de biofysica die licht gebruikt om cellen in een levend organisme te controleren. Zoals al is aangetoond, optogenetica kan worden toegepast om zicht- en gehoorverlies te herstellen, helpen bij het beheersen van beweging bij neurologische patiënten, en behandel mensen met de ziekte van Parkinson en Alzheimer.

Volgens Valentin Gordeliy, Het MIPT beschikt over alle benodigde apparatuur om de functies van het virale rodopsine gedetailleerd te bestuderen. De groep zal hun onderzoek naar OLPVRII voortzetten, die van grote betekenis zal zijn voor de biologie, evolutionaire wetenschap, optogenetica, en ecologie.