Forskare under ledning av Josef Lazar från Institutet för organisk kemi och biokemi vid Tjeckiska vetenskapsakademin (IOCB Prag) har visat att molekyler av fluorescerande proteiner fungerar som antenner med optiska egenskaper (dvs. förmågan att absorbera och avge ljus) beroende på deras rumsliga egenskaper. orientering. Upptäcktes först i maneter, fluorescerande proteiner används numera i stor utsträckning i studier av molekylära processer i levande celler och organismer. De nyligen beskrivna egenskaperna hos dessa molekyler kommer att finna tillämpningar i grundläggande biologisk forskning såväl som i nya läkemedelsupptäckter. Ett team av forskare från IOCB Prag, Institutet för mikrobiologi, och Institute of Molecular Genetics vid den tjeckiska vetenskapsakademin har publicerat resultaten i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

För att uppnå dessa resultat, forskarna producerade tillräckliga mängder fluorescerande proteiner genom att använda genetiskt modifierade bakterier, identifierade de förhållanden under vilka proteinerna bildar kristaller, och bestämde kristallernas atomära struktur. Med hjälp av ett unikt mikroskop utvecklat inom gruppen, de mätte sedan hur dessa kristaller absorberar och avger ljus, och utifrån data beräknade de de individuella molekylernas riktningsegenskaper. Detta gjorde det möjligt för dem att verifiera att de fluorescerande proteinmolekylerna inte beter sig som små självlysande prickar, eftersom de ofta felaktigt antas, utan snarare som miniatyrantenner. Ungefär som antenner för radio, WiFi, och tv-sändning, dessa molekyler absorberar bara ljus från vissa riktningar. Likaså, de avger bara ljus i vissa riktningar. Forskarna lyckades också exakt fastställa dessa riktningar.

Möjligheten att fluorescerande proteinmolekyler skulle fungera som antenner som kan absorbera främmande ljus hade antagits, men det visade sig länge vara svårt att bekräfta, och det begränsade dess tillämpningar. Hindren har övervunnits av Josef Lazar från IOCB Prag och hans team, som specialiserat sig på utveckling och användning av avancerade optiska mikroskopimetoder.

"Baserat på resultaten från andra laboratorier och våra egna, vi misstänkte att fluorescerande proteinmolekyler sannolikt betedde sig som antenner. Ändå, vi blev förvånade över att se hur sann den analogin är och hur exakt vi kunde fastställa riktningarna från vilka dessa molekyler absorberar ljus och sänder ut det, säger Josef Lazar.

Det faktum att fluorescerande proteinmolekyler fungerar som miniatyrantenner är intressant inte bara som en fysiks kuriosa – det kan också ha viktiga praktiska tillämpningar. Att fästa ett fluorescerande protein till något annat protein av intresse innebär att man fäster en miniatyrantenn på det som sedan kan användas för att fastställa, i detalj, förändringar i formen på molekylerna i proteinet av intresse, direkt i en levande cell. Sådana förändringar i molekylär form kan induceras av ett läkemedel, till exempel. Föreliggande upptäckt kommer således att finna tillämpningar i studiet av viktiga fysiologiska processer på molekylär nivå såväl som i nya läkemedelsupptäckten.

"Betydningen av vårt fynd ligger i det faktum att även om fluorescerande proteinmolekyler används i stor utsträckning i biologisk forskning, deras förmåga att bete sig som antenner är inte helt uppskattad än, inte heller används den på riktigt. Kunskap om de riktade egenskaperna hos fluorescerande proteiner kan leda till nya sätt att använda dessa användbara molekyler, " förklarar Lazar.

I samarbete med andra grupper på IOCB Prag, Lazars team försöker redan tillämpa de nuvarande resultaten i, till exempel, studiet av insulinets fysiologiska effekter och utvecklingen av insulinersättningsmedel för peroral användning. Ett annat exempel på en möjlig tillämpning av föreliggande upptäckt är spårningen av elektriska signaler i nervceller, vilket kan visa sig vara till nytta i studiet av hjärnan och neurologiska sjukdomar.