סגול עמוק: משפחה חדשה של חלבוני חישת אור בכינרת

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון גילו, לראשונה מאז 1971, משפחה חדשה של חלבוני חישת אור. החלבונים התגלו במי הכנרת. את המחקר, שהתפרסם אמש (יום ד') בכתב העת היוקרתי Nature, ערכה הדוקטורנטית אלינה פושקרב בהנחיית פרופ' עודד בז'ה מהמעבדה למיקרוביולוגיה ימית בטכניון.

חיידקי E.coli מעבדתיים במבחנות המשמשים כמפעל לייצור חלבוני חישת אור. בסגול: חיידקים המבטאים הליורודופסין(צילום: אלינה פושקרב)

איור - מודל המתאר את מיקום הרודופסינים בקרום התא. מימין לשמאל: הליורודופסינים; רודופסינים הנמצאים בעיניהם של בעלי חיים (Type II); רודופסינים מיקרוביאליים (Type I). בחלק הימני אפשר לראות שההליורודופסין ממוקם על קרום התא כשהוא הפוך (ב-180 מעלות) ביחס לשני הרודופסינים הידועים(איור: פרופ' עודד בז'ה)

בטכניון הסבירו כי חלבונים המגיבים לאור מאפשרים ליצורים חיים לקצור אנרגיית שמש. חלבונים אלו אחראים לקציר אנרגיית השמש בשני תהליכים בסיסיים בטבע: פוטוסינתזה, המתקיימת בצמחי יבשה, באצות ובחיידקים כחוליים (ציאנובקטריה); ומערכות קושרות רטינל (רודופסינים), המשמשות מיקרואורגניזמים רבים וכן במערכת הראייה של בעלי חיים שונים ובהם האדם. הרודופסינים ממוקמים בקרום התא ו"תופרים" את אותו הקרום שבע פעמים כמו חוט. בתוך אותו מבנה בקרום נמצאת נגזרת של ויטמין A, הנקראת רטינל ומסייעת לחלבון להגיב לאור.

הרודפסינים הראשונים התגלו ב-1876 על ידי החוקר הגרמני פרנץ כריסטיאן בול, שמצא אותם ברשתית של צפרדע. ב-1971, כמעט 100 שנה לאחר מכן, גילו חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה משפחה חדשה של רודופסינים. זאת כשניסו להבין את הסיבה לצבעו הסגול של החיידק הקדום Haloarchaea החי במים מלוחים מאוד.

פרופ' עודד בז'ה(צילום: דוברות הטכניון)

רק כעבור שלושה עשורים הובילה תגלית זו להתפתחותו של תחום מחקר חדש: אופטוגנטיקה. תחום זה מבוסס על שימוש ברודופסינים Type 1 לעירור של עצבים ואפילו תאי עצב בודדים ביונקים. כיום עוסקות קבוצות מחקר רבות בתחום זה בהקשרים של טיפול במחלות נוירולוגיות, תיקון שיבושים בקצב הלב ועוד, והתגלית הנוכחית עשויה לסלול דרכים חדשות בעולם האופטוגנטיקה.

אלינה פושקרב(צילום: מקס אפרטין)

במהלך המחקר גילו החוקרים, כשהוסיפו רטינל למצע הגידול, גן הגורם לחיידק לקבל צבע סגול עמוק. התברר כי הגן הזה שייך למשפחה בלתי ידועה של רודופסינים המעוגנים בממברנת התא הפוך, כלומר ב-180 מעלות ביחס לשאר הרודופסינים הידועים. יתר על כן, מתברר כי רודופסינים אלה נמצאים כמעט בכל סביבה של מים מלוחים או מתוקים, ולמרות המחקרים הרבים שנערכו בסביבות כאלה הם לא התגלו עד היום. החוקרים טבעו לרודופסינים האלה שם ייחודי: הליורודופסינים (Helio - שמש), ומקווים כי משפחה חדשה זו תוכל לקדם את המחקר הרפואי ובפרט את הטיפול האופטוגנטי.

למאמר:

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0225-9