Fra fotosyntese til nye forbindelser til øjensygdomme

Forskere støttet af Swiss National Science Foundation har haft held med at bruge røntgenstråler til minutiøst at observere en fotosyntesereaktion og producere en film af begivenheden. Resultaterne vil hjælpe med forståelsen af ​​lignende processer i det menneskelige øje. Takket være den nye SwissFEL partikelaccelerator på Paul Scherrer Institute, vi kan forvente flere opdagelser af denne art.

Planter og alger er ikke alene om at gennemgå fotosyntese. Nogle bakterier bruger også energi fra sollys til at vokse og formere sig. Forskere støttet af Swiss National Science Foundation (SNSF) har nu demonstreret processer på atomniveau i den lysdrevne protein-"pumpe" af lilla halobakterier. Ved at gøre sådan, forskerne har klarlagt, hvordan pumpen virker, som længe har været et spørgsmål om debat. Resultaterne vil også bidrage til bedre at forstå lignende fotoreceptorer for dette protein i det menneskelige øje.

Ved at bruge en ny teknologi, en international gruppe af forskere fra Paul Scherrer Institute (PSI), Japan, Sverige og Frankrig fangede fysiske og kemiske hændelser, der fandt sted på en tusindedel af en milliontedel af et sekund (nanosekund). Dette gjorde det muligt for forskerne at producere en film, der viser processer på atomniveau i arbejde i pumpen - kaldet bacteriorhodopsin - efter at den er aktiveret af indkommende lys.

At opnå optagelserne krævede at undersøge omkring 2 millioner små proteinkrystalprøver med den frie elektronlaser SACLA i Japan. FEL rammer prøverne med meget korte, kraftige røntgenstråler, at fange præcise øjeblikke. "Det er som et stroboskoplys, " siger Jörg Standfuss, en biofysiker og leder af forskergruppen for seriel krystallografi. "I modsætning til en lommelygte, det afslører bevægelsesflimmer i mørket." De ultrakorte lysimpulser gør det muligt at optage data, før prøverne ødelægges af de kraftige røntgenstråler. Takket være den nye SwissFEL-facilitet hos PSI i Würenlingen, som åbnede den 5. december 2016, forskere ved schweiziske videregående uddannelsesinstitutioner behøver ikke længere at gå halvvejs rundt i verden for at udføre deres eksperimenter.

Molekylær krykke til defekte fotoreceptorer

Bakteriepumperesultaterne har anvendelsespotentiale i forskellige områder. For eksempel, neurobiologer bruger lignende pumper til specifikt at tænde og slukke for bestemte nerveceller i forsøgsdyrs hjerner (optogenetik).

SNSF-støttede forskningsgrupper ved PSI har i nogen tid studeret fotoreceptorer i det menneskelige øje. "Syn er vores vigtigste sans. Selv vores indre ur er styret af disse receptorer i øjet, " siger Gebhart Schertler, biokemiker og leder af sektionen Biologi og Kemi. Mutationer i disse lysreceptorer har virkninger, der kan sammenlignes med, hvad der sker i bakteriepumperne. Milde tilfælde kan forårsage natteblindhed, mens andre kan føre til degeneration af nethinden (retinitis pigmentosa), kulminerer i total blindhed. "Forskellige terapeutiske tilgange er allerede blevet foreslået, men indtil nu er der ingen, der er kommet på markedet, " siger Schertler.

Resultaterne af forskningsarbejde ved PSI fra tidligere analyser af disse fotoreceptorer førte til et samarbejde med Roche. Målet er at finde og udvikle forbindelser, der kan fungere som en krykke til at kompensere for de defekte retinale proteiner. De foreløbige resultater af denne undersøgelse vil snart blive offentliggjort. Selvom udviklingen af ​​et egentligt lægemiddel stadig kan tage lang tid, nogle meget lovende resultater er allerede opnået.