Die Studie von Signalsubstanzen und Membranenproteinen - ein Schlüsselteil des Verstehens, wie der Körper arbeitet

Biophysicist spricht über Membranenproteine, die Schwierigkeiten ihrer Kristallisierung und Rolle in der Behandlung von strengen Krankheiten. Wir haben mit dem Kopf des Laboratoriums von Fortgeschrittenen Forschungsmembranenproteinen MIPT Professor Georg Byuldt gesprochen.

Vor dem Empfangen von PhD bin ich nur mit der Physik, aber nachdem bewegt, zur Biologie, in einem sehr guten Institut in Basel (die Schweiz), das Zentrum der Biologischen Forschung, die Universität Basels beschäftigt gewesen. Wenn Sie aus der Physik in einem völlig neuen Feld - Biologie kommen, haben Sie Schwierigkeit mit dem Verstehen von Kollegen, alle, was Sie tun, ist Ihnen neu. Ich habe mit der Studie von lipid Membranen angefangen, die dann nicht bekannte Struktur war. Nach einer Zeit habe ich begriffen, dass das die Richtung ist, bin ich so nicht interessant, und gerade dann habe ich einen Mann getroffen, der später ein Freund von mir geworden ist, der mir von Membranenproteinen erzählt hat.

Die Rolle von Membranenproteinen im menschlichen Körper

Als Wissenschaftler Zellen entdeckt haben, zur gleichen Zeit haben wir gefunden, dass sie durch eine Art Wand umgeben werden, die, weil es sich später erwiesen hat, aus lipids und Proteinen zusammengesetzt wird. Die Wichtigkeit von der Studie von Proteinen in der Membranenwand, ist offenbar sofort geworden. Innerhalb von 70 Jahren haben Wissenschaftler nacheinander isoliert und haben diese Proteine untersucht.

Zwischenzellkommunikation, sowie Übertragung von Informationen innerhalb des Körpers als Ganzes, hat kleine Moleküle wie Hormone gemacht. Diese Hormone binden mit Proteinen ist in der Membran, oder sie können das Verhalten der Zelle nicht beeinflussen. Sofort ist es klar geworden, dass, die Struktur und Funktion dieser Proteine zu wissen, sehr nützlich ist, da es direkt mit der Gesundheit im Allgemeinen verbunden ist, um die Prozesse zu verstehen, die in unserem Körper vorkommen. Spezielle Organe, wie Gehirn verbergen Hormone, die mit Zellen gesandt aufeinander wirken, abwechselnd signalisiert zum Gehirn. D. h. dieses System arbeitet in beiden Richtungen. Deshalb ist die Studie von Signalsubstanzen und Membranenproteinen ein Schlüsselteil, die Körperarbeit zu verstehen.

Jetzt bespricht jeder den Einfluss von Meldonium, um das Gleichgewicht zwischen dem Sauerstoffangebot und Nachfrage in Zellen wieder herzustellen.

Das erste Membranenprotein, für das ich mich interessiert habe, war bacteriorhodopsin archaea. Damals hat die Studie seiner Struktur seit mehr als 40 Jahren gedauert. Dann in Basel wurde durch die Methode ins Leben gerufen, durch die es leichter geworden ist, Membranenproteine zu kristallisieren. Das erste Protein, das auf eine herkömmliche Weise kristallisiert ist, ist die Reaktion ein Zentrum von photosynthetischen Bakterien geworden. Es hat Hartmut Michel kristallisiert, hat einen Nobelpreis gewonnen. Neu dieselbe von Jürg Rosenbusch erfundene Methode, hat sich von ihm unterschieden. Früher haben sich die Proteine in Verschieden von Membranenreinigungsmittel aufgelöst. Rosenbusch hat auch die Kristallisierungsmethode direkt in der Membran präsentiert. Mit der Zeit ist diese Methode sehr erfolgreich gewesen. Zum Beispiel wurde eine konjugierte Struktur mit dem G-Protein Hat Empfänger Verbunden (GPCR) von Vadim MIPT-Cherezovs diese Methode identifiziert.

Membranenproteine, unter anderem, interessiere ich mich auch, weil Physik die Strukturendefinition verpflichten soll, als in diesen Studien kann es die Methoden der Physik anwenden. Indem ich Membranenproteine studiert habe, habe ich begriffen, dass sie eine sehr interessante Eigenschaft ausführen, also auch hat sich in der Spektroskopie verlobt. Dann habe ich herausgefunden, dass diese Proteine eine sehr wichtige Rolle in der Kommunikation und Übertragung von Materialien spielen, die mich zur Studie von Membranenproteinen im Zusammenhang mit der kompletten Zelle geführt haben. Neuest habe ich mich dafür entschieden herauszufinden, wie man Signale in der Zelle überträgt, und wie Proteine zum Beispiel in die mitochondrial Matrix transportiert werden.

Auf Schwierigkeiten mit der Proteinkristallisierung

Studien an MIPT, wir haben begonnen, die Struktur und Funktion von Membranenproteinen zu studieren. Die Hauptrichtung des Laboratoriums - es ist die Kristallisierung von Proteinen. Aber wir haben auch die Ausrüstung, um die Struktur zu bestimmen, und wir wollen sehen, wie diese Proteine innerhalb von Zellen arbeiten. Für diesen Zweck war es erworbenes Mikroskop Wert von Zeiss ^ 2 Millionen. Gewöhnlich, mikroskopischer Gedanke als ein kompaktes, handliches Werkzeug, aber wird es mit einer Vielfalt von Mikroskopgeräten gefüllt. Das ist eine aufrichtig schöne Maschine, die alle zurzeit verfügbaren Methoden verwenden kann, um Zellen und andere biologische Probleme zu studieren, zu lösen. In der Zukunft werden wir eine FT-IR-Spektroskopie, Spektroskopie von Raman, das Zellsortieren verwenden.

In dieser Laborarbeit mit Lösungen. Zum Beispiel, um eine Kristallsubstanz zu schaffen, ist es notwendig, viele Operationen zu tun. Es ist notwendig, das gewünschte Gen vom Genom, synthetisierten Protein, zum Beispiel, einer Zelle einer Bakterie oder Hefe oder Insektes zu isolieren. Zellen fangen normalerweise mit E. coli (Escherichia coli) an, weil sie größtenteils für die Synthese von Proteinen verwendet werden. Wenn das reine Material, Sie zur Kristallisierung weitergehen können. Oder eher, Versuche, einen Kristall zu erhalten.

Die Schwierigkeiten hier sind wie folgt. Moderne Technologien erlauben, mit Volumina zu arbeiten, die in femtolitrah (10-15 l) gemessen sind. Wir haben Vorstände mit 96 Zellen, von denen jede einem Versuch entspricht. Dann füllen wir sie automatisch und bekommen ein Image, das auf einem Computer angesehen werden kann, und wir sehen können, um das gewünschte Ergebnis zu bekommen, oder nicht. Manchmal müssen Sie hundert dieser Teller verwenden, der ist, 10,000 Versuche zu nehmen, einen Kristall zu erhalten, aber noch immer nicht das Ergebnis zu bekommen. So viele notwendige Versuche, weil sich viele der Rahmen ändern können: Es ist möglich, verschiedenen surfactants, verschiedene Pufferlösungen, verschiedene Temperaturen zu verwenden - all das führt zu einer großen Vielfalt von Ergebnissen. Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, haben alle Laboratorien in der Welt aufgesucht, um Produktion von Proteinkristallen zu automatisieren.

Mit der neuen Methode der Kristallisierung in der Membran ist dieser Prozess ein wenig mehr kompliziert geworden. Für das Membranenprotein wird Kristallisierungsprozess auch automatisiert, der nicht dort vorher war, aber es ist mehr kompliziert als für auflösbare Proteine.

Auf optogenetics und behandelnder Blindheit

Wir haben die Ergebnisse für verschiedene retinalenthaltende Proteine, die an seit langem gearbeitet haben. Sie sind wichtig im Zusammenhang mit optogenetics geworden. Hier könnte man fragen: Warum sind so viele, um sich mit retinalenthaltenden Proteinen jetzt zu beschäftigen? Immerhin waren sie vorher wichtig, als sie zuerst versucht haben zu kristallisieren. Aber jetzt sind die Kristalle erhalten worden, wir wissen ihre Funktionen. Also warum fortsetzen, mit ihnen zu arbeiten? Das ist wegen der Entdeckung der Möglichkeit, die retinalenthaltenden Proteine zu verwenden, um Nervenimpulse zu schaffen und zu führen.
Zum Beispiel gibt es ein Kanalprotein rhodopsin-2 (Channelrhodopsin-2, chr2), der als ein Kanal für den Durchgang von cations durch die Membran dient, aber das verlangt ein Signal in der Form des blauen Lichtes. In diesem Fall wird die Angleichung des Proteins geändert, der Kanal öffnet sich, und cations kann durchgehen. Wenn Sie dieses System in der Nervenzelle stellen, ist es möglich, einen Nervenimpuls zu schaffen, ist gerade ein Blitz des Lichtes. es gibt ein anderes Protein, um diesen Schwung - galorodopsin (Halorhodopsin) zu unterbrechen, der auch dem retinalenthaltenden gehört und für den Transport von Chloridionen verantwortlich ist. Die positiven Anklagen, die ursprünglich in der Zelle waren, können Sie jetzt die Verneinung ersetzen und so den Schwung aufhören.

So haben wir die vollkommene Weise zu schaffen und das Aufhören des Nervenimpulses. Das ist eine der Weisen, diese Proteine in optogenetics, Forschung zu verwenden, die jetzt von vielen Regierungen unterstützt wird. Es hat viele Vorhersagen gegeben, dass es für den Nobelpreis in diesem Jahr wird.
Der Begriff in dieser Richtung kann durch eine Vielfalt von nützlichen Ergebnissen erhalten werden. Persönlich träume ich über die Behandlung der Blindheit, d. h. die Zerstörung der Netzhaut. Werden hinter der Netzhautnervenknotenzelle gelegen, die in, zum Beispiel, diese zwei Proteine gelegt werden kann. Dann scheinen die Nervenimpulse, die zum Gehirn gehen, unter dem Einfluss des Lichtes zu sein. Vielleicht eines Tages werden diese Leute mindestens eine schwarze und weiße Vision haben.
Eine andere Richtung - ist die Parkinsonsche Krankheit. Jetzt versucht es, durch das Einführen von Elektroden in bestimmte Bereiche der Gehirn- und Pulshandlung durch sie zu heilen. Gruppe hat dem gewidmet, es gibt das Forschungszentrum von Yulyuh. Mit der Hilfe des Lichtes vielleicht wird es möglich sein, viel effizienter und genau zu tun, weil das Licht in einem kleinen Volumen kontrolliert werden kann, während der elektrische Puls für einen bedeutenden Teil des Gehirns gegolten hat.

Die Welt entwickelt heute mehrere mit optogenetics verbundene Projekte, so arbeiten wir auch daran. Auch wir suchen nach anderen retinalenthaltenden Proteinen, von denen die Struktur wir bereits wissen und das kann auf eine ähnliche Weise verwendet werden.

Über die Studie des Alterns und der Aussichten für die Kommerzialisierung

Gruppe von Vadim Cherezova, der versucht, die neuartigen Proteine zu kristallisieren. Ich habe über dem beteiligten an der Kommunikation GPCR Proteine erwähnt. Sie bilden eine Mehrzahl von mehr als 800 Empfängern, die ins Familienausmaß geteilt werden können. Wir würden gern die Proteinstruktur jeder Familie wissen, weil wir hoffen im Stande zu sein, die Strukturen anderer Proteine mit der Hilfe der Simulation zu bekommen. Das verlangt viel Zeit, aber es ist sehr wichtig, weil es mit der Entwicklung von neuen Behandlungen vereinigt wird.

In unserer Gruppe untersuchen wir die Proteine, die als Kanäle für die Übertragung von Substanzen durch die Membran dienen. Wir interessieren uns auch für Valentin Gordeliy auf dem Altern. Wir wollen Zelltod, Altern studieren, und die Rolle von Membranenproteinen, sowie dem kompletten Membranenaltern klären.

In der heutigen Welt sterben Leute gewöhnlich von Problemen wie Krebs und Herzanfälle. Aber wenn Sie davon nicht sterben, dann würde das die Todesursache sein? Nehmen Sie an, dass wir Krebs und Herzanfälle geheilt haben. Was dann? Wissenschaftler haben verschiedene Ideen auf diesem Thema. Zum Beispiel, wenn Sie essen, erzeugen Sie freie Radikale, die DNA beschädigen können. Ist das die äußerste Todesursache oder nicht? Um die Welt auf diesen Problemen arbeiten viele Forscher. Und da es mit der Zellkommunikation verbunden ist, überlappt es mit der Studie von Zellmembranen.

Kommerzialisierung, die für jedes Membranenprotein möglich ist - um an der Übertragung von Signalen und denjenigen teilzunehmen, die für die Übertragung von Substanzen verantwortlich sind, weil sie alle mit der Zellgesundheit vereinigt werden. Zu medizinischen Zwecken ist es sehr wichtig im Stande zu sein, Substanzen zu schaffen, die mit diesen Proteinen aufeinander wirken. Außerdem müssen pharmazeutische Gesellschaften diese Agenten vor dem medizinischen Gebrauch verbessern. Es gibt große Laboratorien, die mit dem Erreichen wirksamerer Rauschgifte beschäftigt sind, die auf vorhandenen Methoden mittels des Computers gestützt sind. Wir konnten dasselbe machen. Aber wir müssen mit diesen Gesellschaften arbeiten, weil, wenn Sie eine gute Medizin haben, aber Sie führen eine kleine Einrichtung, es nicht genug Geld ist, um es Patienten zu bringen. Sie müssen viele Stufen von kostspieligen klinischen Proben durchgehen. Deshalb verkaufen kleine Einrichtungen wie unsere Arbeit an häufigen Problemen, und wenn wir das gute Zeug oder Struktur finden, ihm dann eine große Gesellschaft oder geben bekannt, ohne jedes Geld dafür zu erhalten. Dann werden die pharmazeutischen Gesellschaften im Stande sein, Produktion von Arzneimitteln anzufangen.

Wir werden die Proteinstruktur bekommen, und sie werden damit weitere Entwicklungen arbeiten, um große pharmazeutische Gesellschaften zu passieren, da es gewöhnlich in solchen kleinen Gesellschaften ist, noch haben genug Geld nicht, um kostspielige Tests zu führen.