Η τροποποίηση πρωτεϊνών του ανθρώπινου ματιού επέτρεψε την απορρόφηση σχεδόν υπέρυθρου φωτός
Η νέα μέθοδος ίσως επιτρέψει στον άνθρωπο να βλέπει εκδοχές του κόκκινου τις οποίες είναι αδύνατον να δει με φυσικό τρόπο
Ουάσινγκτον
Ολοι
βλέπουμε γύρω μας το κόκκινο χρώμα σε πολλές και διαφορετικές εκδοχές
του. Φανταστείτε όμως να μπορούσαμε να δούμε το κόκκινο… πέρα από το
κόκκινο. Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν άλλαξαν
τη δομή μιας πρωτεΐνης που ανευρίσκεται φυσικά στο ανθρώπινο μάτι ώστε
να μπορεί να απορροφά ένα είδος κόκκινου φωτός το οποίο ο άνθρωπος δεν
μπορεί να δει – με μήκος κύματος πολύ κοντά στο υπέρυθρο φως. Η νέα
«μεταλλαγμένη» πρωτεΐνη θα μπορούσε θεωρητικώς να μας προσφέρει τη
δυνατότητα να βλέπουμε… στο (κατα)κόκκινο – πέρα από ό,τι μας επιτρέπει
σήμερα το οπτικό φάσμα μας, όπως αναφέρεται σε σχετική δημοσίευση στην
επιθεώρηση «Science».
Ο ρόλος των χρωμοφόρων
Η έγχρωμη όραση σε σχεδόν όλα τα ζώα βασίζεται σε χημικές ουσίες που ονομάζονται χρωμοφόρα και οι οποίες εντοπίζονται μέσα σε πρωτεΐνες απορροφώντας διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Συγκεκριμένες πρωτεϊνικές δομές πιστεύεται ότι προσδιορίζουν τι μήκος κύματος θα απορροφούν κάθε φορά τα χρωμοφόρα.
Με στόχο την καλύτερη κατανόηση της χημείας που κρύβεται πίσω από την έγχρωμη όραση ο Μπάμπακ Μπόρχαν και οι συνεργάτες του από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν προκάλεσαν μια σειρά μεταλλάξεων οι οποίες οδήγησαν σε αλλαγή της δομής ανθρώπινων πρωτεϊνών που περιέχουν χρωμοφόρα. Αυτές οι δομικές αλλαγές προκάλεσαν με τη σειρά τους μεταβολή των ηλεκτροστατικών ιδιοτήτων εντός των πρωτεϊνών με αποτέλεσμα να υποστεί μεταβολή και το φάσμα απορρόφησης των χρωμοφόρων.
Απορρόφηση κοντά στο φάσμα του υπέρυθρου φωτός
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε στο εργαστήριο 11 διαφορετικές τεχνητές πρωτεΐνες και χρησιμοποίησε την τεχνολογία της φασματοφωτομετρίας, η οποία συγκρίνει την ένταση του φωτός που μπαίνει και βγαίνει από ένα δείγμα, προκειμένου να προσδιορίσει ποια ακριβώς μήκη κύματος φωτός μπορούσαν να απορροφήσουν τα χρωμοφόρα των πρωτεϊνών. Όπως προέκυψε, τα χρωμοφόρα μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης μπορούσαν να απορροφήσουν κόκκινο φως με μήκος κύματος της τάξεως των 644 νανομέτρων – πολύ κοντά στο μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός που ξεκινά από τα περίπου 750 νανόμετρα. Αυτό ήταν αναπάντεχο για τους ερευνητές με δεδομένο ότι τα φυσικά χρωμοφόρα έχουν μέγιστο βαθμό απορρόφησης της τάξεως των περίπου 560 νανομέτρων.
«Εκπλαγήκαμε» ανέφερε ο δρ Μπόρχαν και προσέθεσε ότι «δεν ξέρουμε εάν το όριο απορρόφησης που είδαμε είναι και το μεγαλύτερο. Μπορεί να υπάρχει και πιο μεγάλο».
Βλέποντας πράσινα με την υπερ-κόκκινη όραση
Αν αυτές οι πρωτεΐνες ήταν παρούσες στο ανθρώπινο μάτι τότε θα μπορούσαμε να δούμε τύπους κόκκινου φωτός που σήμερα είναι αόρατοι, εξήγησε ο δεύτερος συγγραφέας της νέας μελέτης Τζέιμς Γκέιτζερ, επίσης από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Με δεδομένο όμως ότι τα αντικείμενα ανακλούν μια μείξη διαφορετικών χρωμάτων φωτός, ο κόσμος γύρω μας δεν θα έμοιαζε αποκλειστικά πιο κόκκινος. «Κάτι που πριν το βλέπαμε λευκό, θα έδειχνε πράσινο με τη νέα υπερ-κόκκινη όραση» ανέφερε ο δρ Γκέιτζερ.
Ο Μάρκο Γκαραβέλι από το Πανεπιστήμιο της Μπολόνια στην Ιταλία σημείωσε ότι μελλοντικά «ίσως είμαστε σε θέση να προκαλούμε μεταλλάξεις στους οπτικούς υποδοχείς οι οποίες θα επιτρέπουν να βλέπουμε χρώματα πέρα από το φυσικό φάσμα». Ο ειδικός συμπλήρωσε πάντως ότι δεν είναι σαφές εάν αυτές οι τροποποιημένες πρωτεΐνες θα επηρεάζουν τη νευρική σήμανση στον εγκέφαλο.
Χρήση στην ιατρική απεικόνιση
Προς το παρόν πάντως η ερευνητική ομάδα από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ελπίζει ότι οι τροποποιημένες πρωτεΐνες της θα αποδειχθούν χρήσιμες στις ιατρικές απεικονιστικές τεχνικές. Σήμερα προκειμένου να απεικονιστούν συγκεκριμένα κύτταρα τα οποία επιθυμούν να μελετήσουν κάθε φορά οι ειδικοί, χρησιμοποιούνται πράσινες φθορίζουσες πρωτεΐνες οι οποίες προσδένονται στα κύτταρα αυτά. Ετσι τα κύτταρα φθορίζουν κάτω από υπεριώδες φως. Η αντικατάσταση αυτών των πρωτεΐνών με τις νέες «πειραγμένες» πρωτεΐνες θα επιτρέπει την απορρόφηση φωτός μεγαλύτερου μήκους κύματος. Καθώς τα μεγαλύτερα μήκη κύματος μπορούν να διεισδύσουν πιο βαθιά στο σώμα, πιθανότατα οι τεχνητές πρωτεΐνες των ειδικών από το Μίσιγκαν να προσφέρουν και μια καθαρότερη εικόνα των ιστών που είναι… καλά κρυμμένοι εντός μας.
Ο ρόλος των χρωμοφόρων
Η έγχρωμη όραση σε σχεδόν όλα τα ζώα βασίζεται σε χημικές ουσίες που ονομάζονται χρωμοφόρα και οι οποίες εντοπίζονται μέσα σε πρωτεΐνες απορροφώντας διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Συγκεκριμένες πρωτεϊνικές δομές πιστεύεται ότι προσδιορίζουν τι μήκος κύματος θα απορροφούν κάθε φορά τα χρωμοφόρα.
Με στόχο την καλύτερη κατανόηση της χημείας που κρύβεται πίσω από την έγχρωμη όραση ο Μπάμπακ Μπόρχαν και οι συνεργάτες του από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν προκάλεσαν μια σειρά μεταλλάξεων οι οποίες οδήγησαν σε αλλαγή της δομής ανθρώπινων πρωτεϊνών που περιέχουν χρωμοφόρα. Αυτές οι δομικές αλλαγές προκάλεσαν με τη σειρά τους μεταβολή των ηλεκτροστατικών ιδιοτήτων εντός των πρωτεϊνών με αποτέλεσμα να υποστεί μεταβολή και το φάσμα απορρόφησης των χρωμοφόρων.
Απορρόφηση κοντά στο φάσμα του υπέρυθρου φωτός
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε στο εργαστήριο 11 διαφορετικές τεχνητές πρωτεΐνες και χρησιμοποίησε την τεχνολογία της φασματοφωτομετρίας, η οποία συγκρίνει την ένταση του φωτός που μπαίνει και βγαίνει από ένα δείγμα, προκειμένου να προσδιορίσει ποια ακριβώς μήκη κύματος φωτός μπορούσαν να απορροφήσουν τα χρωμοφόρα των πρωτεϊνών. Όπως προέκυψε, τα χρωμοφόρα μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης μπορούσαν να απορροφήσουν κόκκινο φως με μήκος κύματος της τάξεως των 644 νανομέτρων – πολύ κοντά στο μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός που ξεκινά από τα περίπου 750 νανόμετρα. Αυτό ήταν αναπάντεχο για τους ερευνητές με δεδομένο ότι τα φυσικά χρωμοφόρα έχουν μέγιστο βαθμό απορρόφησης της τάξεως των περίπου 560 νανομέτρων.
«Εκπλαγήκαμε» ανέφερε ο δρ Μπόρχαν και προσέθεσε ότι «δεν ξέρουμε εάν το όριο απορρόφησης που είδαμε είναι και το μεγαλύτερο. Μπορεί να υπάρχει και πιο μεγάλο».
Βλέποντας πράσινα με την υπερ-κόκκινη όραση
Αν αυτές οι πρωτεΐνες ήταν παρούσες στο ανθρώπινο μάτι τότε θα μπορούσαμε να δούμε τύπους κόκκινου φωτός που σήμερα είναι αόρατοι, εξήγησε ο δεύτερος συγγραφέας της νέας μελέτης Τζέιμς Γκέιτζερ, επίσης από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Με δεδομένο όμως ότι τα αντικείμενα ανακλούν μια μείξη διαφορετικών χρωμάτων φωτός, ο κόσμος γύρω μας δεν θα έμοιαζε αποκλειστικά πιο κόκκινος. «Κάτι που πριν το βλέπαμε λευκό, θα έδειχνε πράσινο με τη νέα υπερ-κόκκινη όραση» ανέφερε ο δρ Γκέιτζερ.
Ο Μάρκο Γκαραβέλι από το Πανεπιστήμιο της Μπολόνια στην Ιταλία σημείωσε ότι μελλοντικά «ίσως είμαστε σε θέση να προκαλούμε μεταλλάξεις στους οπτικούς υποδοχείς οι οποίες θα επιτρέπουν να βλέπουμε χρώματα πέρα από το φυσικό φάσμα». Ο ειδικός συμπλήρωσε πάντως ότι δεν είναι σαφές εάν αυτές οι τροποποιημένες πρωτεΐνες θα επηρεάζουν τη νευρική σήμανση στον εγκέφαλο.
Χρήση στην ιατρική απεικόνιση
Προς το παρόν πάντως η ερευνητική ομάδα από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ελπίζει ότι οι τροποποιημένες πρωτεΐνες της θα αποδειχθούν χρήσιμες στις ιατρικές απεικονιστικές τεχνικές. Σήμερα προκειμένου να απεικονιστούν συγκεκριμένα κύτταρα τα οποία επιθυμούν να μελετήσουν κάθε φορά οι ειδικοί, χρησιμοποιούνται πράσινες φθορίζουσες πρωτεΐνες οι οποίες προσδένονται στα κύτταρα αυτά. Ετσι τα κύτταρα φθορίζουν κάτω από υπεριώδες φως. Η αντικατάσταση αυτών των πρωτεΐνών με τις νέες «πειραγμένες» πρωτεΐνες θα επιτρέπει την απορρόφηση φωτός μεγαλύτερου μήκους κύματος. Καθώς τα μεγαλύτερα μήκη κύματος μπορούν να διεισδύσουν πιο βαθιά στο σώμα, πιθανότατα οι τεχνητές πρωτεΐνες των ειδικών από το Μίσιγκαν να προσφέρουν και μια καθαρότερη εικόνα των ιστών που είναι… καλά κρυμμένοι εντός μας.
http://www.tovima.gr/science/medicine-biology/article/?aid=487386
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου