Onderzoekers ondersteund door de Zwitserse National Science Foundation zijn erin geslaagd röntgenstralen te gebruiken om een ​​fotosynthesereactie minutieus te observeren en een film van het evenement te maken. De bevindingen zullen helpen bij het begrijpen van soortgelijke processen in het menselijk oog. Dankzij de nieuwe SwissFEL-deeltjesversneller van het Paul Scherrer Institute, we kunnen meer van dit soort ontdekkingen verwachten.

Planten en algen zijn niet de enigen die fotosynthese ondergaan. Sommige bacteriën gebruiken ook energie uit zonlicht om te groeien en zich voort te planten. Onderzoekers ondersteund door de Zwitserse National Science Foundation (SNSF) hebben nu processen op atomair niveau aangetoond die aan het werk zijn in de door licht aangedreven eiwit "pomp" van paarse halobacteriën. Door dit te doen, de onderzoekers hebben verduidelijkt hoe de pomp werkt, waarover lang gediscussieerd wordt. De bevindingen zullen ook helpen om vergelijkbare fotoreceptoren voor dit eiwit in het menselijk oog beter te begrijpen.

Met behulp van een nieuwe technologie, een internationale groep onderzoekers van het Paul Scherrer Institute (PSI), Japan, Zweden en Frankrijk legden fysische en chemische gebeurtenissen vast die plaatsvonden in een duizendste van een miljoenste van een seconde (nanoseconde). Dit stelde de onderzoekers in staat om een ​​film te maken die de processen op atomair niveau in de pomp laat zien - bacteriorodopsine genaamd - nadat deze is geactiveerd door invallend licht.

Om de opnames te verkrijgen, moesten ongeveer 2 miljoen kleine eiwitkristalmonsters worden onderzocht met de vrije elektronenlaser SACLA in Japan. De FEL raakt de samples met zeer korte, krachtige röntgenstralen, het vastleggen van precieze momenten. "Het is als een stroboscoop, " zegt Jörg Standfuss, een biofysicus en hoofd van de onderzoeksgroep seriële kristallografie. "In tegenstelling tot een zaklamp, het onthult flikkeringen van beweging in het donker." De ultrakorte lichtpulsen maken het mogelijk om gegevens vast te leggen voordat de monsters worden vernietigd door de krachtige röntgenstralen. Dankzij de nieuwe SwissFEL-faciliteit bij PSI in Würenlingen, die op 5 december 2016 werd geopend, onderzoekers van Zwitserse hogeronderwijsinstellingen hoeven niet langer de halve wereld over om hun experimenten uit te voeren.

Moleculaire kruk voor defecte fotoreceptoren

De resultaten van de bacteriepomp hebben toepassingspotentieel in verschillende gebieden. Bijvoorbeeld, neurobiologen gebruiken soortgelijke pompen om bepaalde zenuwcellen in de hersenen van proefdieren gericht aan en uit te zetten (optogenetica).

Door SNSF ondersteunde onderzoeksgroepen bij PSI bestuderen al geruime tijd fotoreceptoren in het menselijk oog. "Visie is ons belangrijkste zintuig. Zelfs onze innerlijke klok wordt bestuurd door deze receptoren in het oog, " zegt Gebhart Schertler, biochemicus en hoofd van de sectie Biologie en Scheikunde. Mutaties in deze lichtreceptoren hebben effecten die vergelijkbaar zijn met wat er gebeurt in de bacteriële pompen. Milde gevallen kunnen nachtblindheid veroorzaken, terwijl andere kunnen leiden tot degeneratie van het netvlies (retinitis pigmentosa), culminerend in totale blindheid. "Er zijn al verschillende therapeutische benaderingen voorgesteld, maar tot nu toe heeft niemand het op de markt gebracht, ', zegt Schertler.

De resultaten van onderzoekswerk bij PSI uit eerdere analyses van deze fotoreceptoren leidden tot een samenwerking met Roche. Het doel is om verbindingen te vinden en te ontwikkelen die als kruk kunnen dienen om de defecte retinale eiwitten te compenseren. De voorlopige resultaten van dit onderzoek worden binnenkort gepubliceerd. Hoewel het ontwikkelen van een echt medicijn nog lang kan duren, er zijn al enkele veelbelovende resultaten geboekt.