信令物质和膜蛋白的研究-了解身体如何工作的重要组成部分

生物物理学家谈到膜蛋白，其结晶的困难和在治疗严重的疾病中的作用。 我们与高级研究实验室的膜蛋白MIPT教授Georg Byuldt谈话。

在获得博士学位之前，我只从事物理学，但后来转移到生物学，在巴塞尔（瑞士），巴塞尔大学生物研究中心一个非常好的研究所。 当你来自物理学在一个全新的领域 - 生物学，你有困难与同事的了解，所有你做的，是新的对你。 我开始研究脂质膜，然后是不知道的结构。 一段时间后，我意识到这是一个方向，我不是那么有趣，然后我遇到一个人，后来成为我的朋友告诉我的膜蛋白质。

膜蛋白在人体中的作用

当科学家发现细胞时，同时我们发现他们被一种墙壁包围，这种墙壁，后来发现，是由脂质和蛋白质组成。 蛋白质在膜壁中的研究的重要性立即变得明显。 在70年内，科学家一个接一个地分离并检查这些蛋白质。

细胞间通讯，以及体内信息的传递作为一个整体，使小分子，如激素。 这些激素与蛋白质结合在膜中，或者它们不能影响细胞的行为。 立即变得清楚，知道这些蛋白质的结构和功能是非常有用的，因为它直接与健康有关，以了解在我们的身体中发生的过程。 特殊的器官，如大脑分泌激素，与细胞相互作用，发送，反过来，信号到大脑。 也就是说，该系统在两个方向上工作。 因此，信号物质和膜蛋白的研究是理解身体工作的关键部分。

现在大家讨论的影响米曲肼来还原氧气供应和电池的需求之间的平衡。

我感兴趣的第一个膜蛋白是细菌视紫红质古细菌。 当时，其结构的研究持续了40多年。 然后在巴塞尔通过方法，它变得更容易结晶膜蛋白。 第一种蛋白以常规方式结晶，反应成为光合细菌的中心。 它结晶哈特米特米歇尔，获得了诺贝尔奖。 由JürgRosenbusch发明的新方法与他不同。 早些时候，蛋白质溶解在不同的膜洗涤剂。 Rosenbusch也提出了直接在膜中的结晶方法。 随着时间的推移，这种方法已经非常成功。 例如，从MIPT Vadim Cherezovs这种方法鉴定了具有G-蛋白偶联受体（GPCR）的共轭结构。

膜蛋白，除了别的以外，我感兴趣也因为物理是参与结构定义，因为在这些研究中，它可以应用物理学的方法。 通过研究膜蛋白，我意识到他们执行一个非常有趣的功能，所以也成为从事光谱。 然后我发现这些蛋白质在材料的通信和转移中起着非常重要的作用，这导致我在整个细胞的背景中研究膜蛋白。 最近，我决定找出如何在细胞中传递信号，以及如何将蛋白质转运到线粒体基质中。

关于蛋白质结晶的困难

在MIPT的研究中，我们开始研究膜蛋白的结构和功能。 实验室的主要方向 - 它是蛋白质的结晶。 但我们也有设备来确定结构，我们想看看这些蛋白质如何在细胞内工作。 为此目的，它是获得显微镜蔡司价值200万欧元。 通常，微观思想作为一个紧凑，方便的工具，但它充满了各种显微镜设备。 这是一个真正美丽的机器，可以使用所有当前可用的方法来研究细胞和其他生物问题来解决。 在未来，我们将使用FT-IR光谱，拉曼光谱，细胞分选。

在这个实验室工作与解决方案。 例如，为了产生晶体物质，需要进行许多操作。 有必要从基因组，合成的蛋白质，例如细菌或酵母的细胞或昆虫中分离所需的基因。 细胞通常以大肠杆菌（大肠杆菌）开始，因为它们主要用于蛋白质的合成。 当纯物质时，可以进行结晶。 或者更确切地说，试图获得晶体。

这里的困难如下。 现代技术允许使用以毫微微升（10-15升）测量的体积工作。 我们有96个单元板，每个对应一次尝试。 然后我们自动填充它们，并获得可以在计算机上查看的图像，我们可以看到，以获得所需的结果。 有时你必须使用这些板的一百，这是采取10,000尝试获得一个水晶，但仍然没有得到的结果。 因此，许多尝试是必要的，因为许多参数可以变化：可以使用各种表面活性剂，各种缓冲溶液，各种温度 - 所有这些导致各种各样的结果。 为了达到所期望的结果，世界上所有的实验室都采用蛋白质晶体的自动化生产。

随着在膜中的新结晶方法，该方法变得稍微复杂一些。 对于膜蛋白结晶过程也是自动化的，这是没有之前，但它比可溶性蛋白质更复杂。

关于光遗传学和治疗失明

我们已经得到了各种含有视网膜的蛋白质的结果，它们已经工作了很长时间。 它们在光遗传学的背景下变得重要。 这里有人可能会问：为什么现在有这么多人参与含视黄醛的蛋白质？毕竟，他们之前很重要，因为他们第一次试图结晶。 但现在晶体已经获得，我们知道他们的功能。 那么为什么要继续与他们合作？ 这是由于发现了使用含有视黄醛的蛋白质来产生和控制神经冲动的可能性。
例如，存在作为阳离子通过膜的通道的通道蛋白视紫红质-2（Channelrhodopsin-2，chr2），但是这需要蓝光形式的信号。 在这种情况下，蛋白质的构象改变，通道打开并且阳离子可以通过。 如果你把这个系统在神经细胞，它可能创造一个神经脉冲只是一缕闪光。 还有另一种蛋白质来阻断这种动量 - 加罗定视肽（Halorhodopsin），它也属于含有视黄醛并负责氯离子的转运。 正电荷，最初在单元格，你现在可以补偿负，从而停止动量。

因此，我们有创造和停止神经冲动的完美的方式。 这是在光遗传学中使用这些蛋白质的方法之一，研究现在得到许多政府的支持。 有许多预言，它将为今年的诺贝尔奖。
该方向上的术语可以通过多种有用的结果获得。 就个人而言，我梦想治疗失明，即视网膜的破坏。 位于视网膜神经节细胞后面，可以放置在，例如，这两种蛋白质。 然后，进入大脑的神经脉冲似乎在光的影响下。 也许有一天，这些人至少会有一个黑白的视线。
另一个方向 - 是帕金森病。 现在它正试图通过将电极引入大脑的某些区域并通过它们的脉冲动作来治愈。 集团致力于此，有Yulyuh的研究中心。 在光的帮助下，也许可以更有效和准确地进行，因为光可以在小体积中控制，而电脉冲施加到大脑的显着部分。

今天的世界正在开发一些与光遗传学有关的项目，所以我们也在努力。 此外，我们正在寻找其他含有视网膜的蛋白质，其结构我们已经知道，可以以类似的方式使用。

关于老化的研究和商业化的前景

小组的Vadim Cherezova试图结晶的新型蛋白质。 我上面提到的涉及通讯GPCR蛋白。 它们形成多个800多个受体，可以分为多个家庭范围。 我们想知道每个家庭的蛋白质结构，因为我们希望能够借助模拟获得其他蛋白质的结构。 这需要很多时间，但它是非常重要的，因为它与新治疗的发展相关联。

在我们的小组中，我们调查作为通过膜的物质转移通道的蛋白质。 我们也对老化的Valentin Gordeliy感兴趣。 我们想研究细胞死亡，老化，并澄清膜蛋白的作用，以及整个膜老化。

在今天的世界里，人们通常死于癌症和心脏病等问题。 但如果你不死，那么这将是死亡的原因？ 假设我们治愈癌症和心脏病发作。 然后怎样呢？ 科学家对这个问题有不同的想法。 例如，当你吃，你产生自由基，可以损害DNA。 这是死亡的最终原因还是不是？ 在世界各地的这些问题上，许多研究人员正在工作。 由于它与细胞通讯有关，它与细胞膜的研究重叠。

商业化可能的每个膜蛋白 - 参与信号的传输和那些负责物质的转移，因为他们都与细胞健康有关。 对于医学目的，能够产生与这些蛋白质相互作用的物质是非常重要的。 此外，制药公司需要在医疗使用之前改进这些药剂。 有大量实验室根据现有方法通过计算机从事获得更有效的药物。 我们也可以这样做。 但我们必须与这些公司合作，因为当你有一个好的药，但你是一个小机构，它是不够的钱，给病人。 你必须经历许多昂贵的临床试验阶段。 因此，小机构如我们的共同问题工作，如果我们找到好东西或结构，然后卖给一家大公司或公开，而不收取任何钱。 然后制药公司将能够开始生产药品。

我们将得到蛋白质结构，他们将与进一步的发展，以通过大型制药公司，因为它通常在这样的小公司仍然没有足够的资金进行昂贵的测试。