El estudio de sustancias señaladas y proteínas de la membrana - un papel clave de entendimiento cómo las terapias corporales

Biophysicist habla de proteínas de la membrana, las dificultades de su cristalización y papel en el tratamiento de enfermedades severas. Dijimos con el jefe del Laboratorio de proteínas de la membrana de Investigación avanzada al profesor de MIPT Georg Byuldt.

Antes de recibir PhD, sólo me involucré en la física, pero después movido a la biología, en un instituto muy bueno en Basilea (Suiza), el Centro de la Investigación Biológica, universidad de Basilea. Cuando viene de la física en un completamente nuevo campo - biología, tiene la dificultad con el entendimiento de colegas, todos lo que hace, es nuevo a usted. Comencé con el estudio de membranas del lípido, que entonces era no la estructura conocida. Después de algún tiempo realicé que esto es la dirección no soy tan interesante, y en ese momento encontré a un hombre que más tarde se hizo mi amigo que me dijo de proteínas de la membrana.

El papel de proteínas de la membrana en el cuerpo humano

Cuando los científicos descubrieron células, al mismo tiempo encontramos que son rodeados por una especie de pared, que, ya que resultó más tarde, se arregla de lípidos y proteínas. La importancia del estudio de proteínas en la pared de la membrana, se hizo aparente inmediatamente. Dentro de 70 años, los científicos aislaron uno tras otro y examinaron estas proteínas.

La comunicación intercelular, así como la transmisión de la información dentro del cuerpo en conjunto, hizo pequeñas moléculas, como hormonas. Estas hormonas ligan con proteínas está en la membrana, o no pueden influir en el comportamiento de la célula. Inmediatamente se hizo claro que saber la estructura y la función de estas proteínas es muy útil, ya que directamente se relaciona con la salud en general para entender los procesos que ocurren en nuestro cuerpo. Los órganos especiales, como el cerebro secretan hormonas que se relacionan con células enviadas, por su parte, señales al cerebro. Es decir este sistema trabaja en ambas direcciones. Por lo tanto, el estudio de sustancias señaladas y proteínas de la membrana es un papel clave de entender la terapia corporal.

Ahora cada uno habla del impacto de Meldonium para restablecer el equilibrio entre la oferta y demanda de oxígeno en células.

La primera proteína de la membrana en la cual me interesé era bacteriorhodopsin archaea. Entonces, el estudio de su estructura duró durante más de 40 años. Entonces en Basilea fue acuñado por el método por el cual se hizo más fácil cristalizar proteínas de la membrana. La primera proteína, cristalizada en una manera convencional, la reacción se hizo un centro de bacterias fotosintéticas. Cristalizó a Hartmut Michel, ganó un Premio Nobel. Nuevo mismo método inventado por Jürg Rosenbusch, diferenciado de él. Antes, las proteínas se disolvieron en a diferencia del Detergente de la membrana. Rosenbusch también subió con el método de la cristalización directamente en la membrana. Con el tiempo, este método ha tenido mucho éxito. Por ejemplo, una estructura conjugada con la G-proteína conectó el receptor (GPCR) se identificó de Vadim Cherezovs MIPT este método.

Proteínas de la membrana, entre otras cosas, también me intereso porque la física debe entablar la definición de la estructura, como en estos estudios puede aplicar los métodos de física. Estudiando proteínas de la membrana, realicé que realizan un rasgo muy interesante, así también se hizo ocupado de la espectroscopia. Entonces averigüé que estas proteínas desempeñan un papel muy importante en la comunicación y la transferencia de materiales que me llevaron al estudio de proteínas de la membrana en el contexto de la célula entera. Más recientemente, decidí averiguar cómo transferir señales en la célula y cómo las proteínas se transportan, por ejemplo, en la matriz mitochondrial.

En dificultades con la cristalización de la proteína

Estudios en MIPT, comenzamos a estudiar la estructura y la función de proteínas de la membrana. La dirección principal del laboratorio - es la cristalización de proteínas. Pero también tenemos el equipo para determinar la estructura, y queremos ver cómo estas proteínas trabajan dentro de células. Para este fin era el microscopio adquirido valor de Zeiss ˆ 2 millones. Por lo general, microscópico pensado como un instrumento compacto, práctico, pero está lleno de una variedad de dispositivos del microscopio. Esto es una máquina realmente hermosa que puede usar todos los métodos actualmente disponibles para estudiar células y otros problemas biológicos de solucionar. En el futuro, usaremos una espectroscopia de PIES-IR, espectroscopia de Raman, clasificación de la célula.

Con este trabajo de laboratorio con soluciones. Por ejemplo, para crear una sustancia de cristal, es necesario hacer muchas operaciones. Es necesario aislar el gene deseado del genoma, proteína sintetizada, por ejemplo, una célula de una bacteria o levadura o insecto. Las células típicamente comienzan con E. coli (Escherichia coli) porque generalmente se usan para la síntesis de proteínas. Cuando el material puro, puede seguir a la cristalización. O mejor dicho, tentativas de obtener un cristal.

Las dificultades aquí son así. Las tecnologías modernas permiten trabajar con volúmenes medidos en femtolitrah (10-15 l). Tenemos consejos con 96 células, cada una de las cuales equivale a una tentativa. Entonces los llenamos automáticamente y conseguimos una imagen que se puede ver en un ordenador, y podemos ver, para conseguir el resultado deseado o no. A veces tiene que usar cien de estos platos, que debe tomar 10,000 tentativas de obtener un cristal, pero todavía no conseguir el resultado. Así muchas tentativas necesarias porque muchos de los parámetros pueden variar: es posible usar vario surfactants, varias soluciones reguladoras, varias temperaturas - todo esto lleva a una gran variedad de resultados. Para conseguir el resultado deseado, todos los laboratorios en el mundo han recurrido para automatizar la producción de cristales de proteínas.

Con el nuevo método de la cristalización en la membrana, este proceso se ha hecho un poco más complicado. Para la proteína de la membrana el proceso de la cristalización también se automatiza, que no estaba allí antes, pero es más complicado que para proteínas solubles.

En optogenetics y ceguera de trato

Tenemos los resultados para varias proteínas que contienen del modo retinal, que han estado siguiendo trabajando mucho tiempo. Se han hecho importantes en el contexto de optogenetics. Aquí uno podría preguntar: ¿Por qué son tanto para tomar parte en proteínas que contienen del modo retinal ahora? Después de todo, eran importantes antes, cuando primero trataron de cristalizarse. Pero ahora los cristales se han obtenido, sabemos sus funciones. ¿Entonces, por qué siguen trabajando con ellos? Esto es debido al descubrimiento de la posibilidad de usar las proteínas que contienen del modo retinal para crear y manejar impulsos del nervio.
Por ejemplo, hay una proteína del canal rhodopsin-2 (Channelrhodopsin-2, chr2), que sirve de un canal para el paso de cations a través de la membrana, pero esto requiere una señal en la forma de luz azul. En este caso, la conformación de la proteína se cambia, el canal se abre y cations puede pasar. Si pone este sistema en la neurona, es posible crear un impulso del nervio es sólo un destello de luz. hay otra proteína para interrumpir este ímpetu - galorodopsin (Halorhodopsin), que también pertenece al contener del modo retinal y es responsable del transporte de iones del cloruro. Los gastos positivos, que estaban al principio en la célula, puede compensar ahora la negativa y así parar el ímpetu.

Así, tenemos la manera perfecta de crear y parada del impulso del nervio. Esto es uno de los modos de usar estas proteínas en optogenetics, investigación que es apoyada ahora por muchos gobiernos. Hubo muchas predicciones que va para el Premio Nobel este año.
El término en esta dirección puede ser obtenido por una variedad de resultados útiles. Personalmente, sueño con el tratamiento de la ceguera, es decir la destrucción de la retina. Se localizan detrás de la célula del ganglio de la retina, que se puede colocar en, por ejemplo, estas dos proteínas. Entonces los impulsos del nervio que van al cerebro parecen estar bajo la influencia de luz. Quizás un día esta gente tendrá al menos una visión negra y blanca.
Otra dirección - es la enfermedad de Parkinson. Ahora trata de curarse introduciendo electrodos en ciertas áreas de la acción del pulso y el cerebro a través de ellos. El grupo dedicó a esto, hay Centro de investigación de Yulyuh. Con la ayuda de luz, quizás será posible hacer mucho más eficazmente y exactamente, porque la luz se puede controlar en un pequeño volumen, mientras el pulso eléctrico se aplicó a una parte significativa del cerebro.

El mundo hoy desarrolla varios proyectos relacionados con optogenetics, por tanto también trabajamos en esto. También buscamos otras proteínas que contienen del modo retinal, la estructura de las cuales ya sabemos y esto se puede usar de un modo similar.

Sobre el estudio de envejecimiento y las perspectivas de comercialización

Grupo de Vadim Cherezova que trata de cristalizar las proteínas nuevas. Mencioné anteriormente implicado en la comunicación proteínas de GPCR. Forman una pluralidad de más de 800 receptores, que se pueden dividir en el grado de familias. Nos gustaría saber la estructura de la proteína de cada familia, ya que esperamos ser capaces de conseguir las estructuras de otras proteínas con la ayuda de simulación. Esto requiere mucho tiempo, pero es muy importante porque tiene que ver con el desarrollo de nuevos tratamientos.

En nuestro grupo investigamos las proteínas que sirven de canales para la transferencia de sustancias a través de la membrana. También nos interesamos en Valentin Gordeliy en el envejecimiento. Queremos estudiar la muerte celular, el envejecimiento, y clarificar el papel de proteínas de la membrana, así como el envejecimiento de la membrana entero.

En el mundo de hoy, la gente por lo general muere de problemas como cáncer y ataques cardíacos. ¿Pero si no muere de ello, entonces esto sería la causa de muerte? Suponga que curamos cáncer y ataques cardíacos. ¿Qué entonces? Los científicos tienen ideas diferentes de este sujeto. Por ejemplo, cuando come, produce a radicales libres que pueden dañar el ADN. ¿Es esto la causa de muerte última o no? Alrededor del mundo en estas cuestiones, muchos investigadores trabajan. Y ya que se relaciona con la comunicación de la célula, se superpone con el estudio de membranas de la célula.

La comercialización posible para cada proteína de la membrana - para participar en la transmisión de señales y los responsables de la transferencia de sustancias, ya que todos se asocian con la salud de la célula. Con objetivos médicos es muy importante ser capaz de crear sustancias que se relacionan con estas proteínas. Además, las compañías farmacéuticas tienen que mejorar a estos agentes antes del uso médico. Hay grandes laboratorios involucrados en la obtención de medicinas más eficaces basadas en métodos existentes por medio del ordenador. Podríamos hacer lo mismo. Pero tenemos que trabajar con estas compañías, porque cuando tiene una medicina buena, pero dirige una pequeña institución, no es bastante dinero para traerlo a pacientes. Debe pasar por muchas etapas de ensayos clínicos costosos. Por lo tanto, las pequeñas instituciones como nuestro trabajo de problemas comunes, y si encontramos la materia buena o estructura, luego la venden una empresa grande o hacen público, sin recibir cualquier dinero para ella. Entonces las compañías farmacéuticas serán capaces de comenzar la producción de medicinas.

Conseguiremos la estructura de la proteína, y trabajarán con ella el siguiente desarrollo para pasar compañías farmacéuticas grandes, ya que está por lo general en tales pequeñas empresas todavía no tienen bastante dinero para conducir pruebas costosas.