藻類的第三只眼睛

像陸地植物一樣，藻類利用陽光作為能量。許多綠藻在水中很活躍；他們可以靠近光線，也可以遠(yuǎn)離光線。為此，他們使用特殊的傳感器(光感受器)來感知光線。

對這些光傳感器長達(dá)數(shù)十年的探索在2002年取得了第一次成功：時任法蘭克福馬克斯-普朗克生物物理研究所的Georg Nagel和合作者發(fā)現(xiàn)并描述了藻類中的兩種所謂的通道視紫紅質(zhì)。這些離子通道吸收光線，然后打開并傳輸離子。它們以視紫紅質(zhì)命名，視紫紅質(zhì)是人類和動物的視覺色素。

現(xiàn)在，藻類的第三只“眼睛”為人所知：研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新型光學(xué)傳感器，具有意想不到的特性。阿明霍爾曼教授(比勒菲爾德大學(xué))和喬治內(nèi)格爾教授(JMU維爾茨堡大學(xué)朱利葉斯-馬克西米利安分校)的研究團(tuán)隊在《BMC生物學(xué)》上報道了這一發(fā)現(xiàn)。

減少了cGMP的產(chǎn)生。

令人驚訝的是，新的感光細(xì)胞不是被光激活而是被抑制。它是鳥苷酸環(huán)化酶，一種合成重要信使cGMP的酶。當(dāng)暴露在光線下時，cGMP的產(chǎn)生會嚴(yán)重減少，導(dǎo)致cGMP濃度降低——這正是視紫紅質(zhì)吸收光線后在人的眼睛中發(fā)生的情況。

新發(fā)現(xiàn)的傳感器由光和ATP分子調(diào)節(jié)。這種“雙組分系統(tǒng)”在細(xì)菌中是眾所周知的，但在高級進(jìn)化細(xì)胞中卻不是這樣。研究人員將新感光體命名為“雙組分環(huán)化酶視蛋白”，簡稱2c-cyclop。他們在兩種綠藻中發(fā)現(xiàn)了它，萊茵衣藻和團(tuán)藻。

卵母細(xì)胞和藻類中顯示的功能

Georg Nagel解釋說：“已經(jīng)有很多年的遺傳數(shù)據(jù)，從中我們可以得出結(jié)論，在綠藻中，視紫紅質(zhì)一定比以前有更多的特征。僅在萊茵衣藻中，12個蛋白質(zhì)序列被分配給視紫紅質(zhì)的前體視黃質(zhì)。

“到目前為止，還沒有人能夠證明這些光傳感器的功能，”納格爾斯的聯(lián)合研究員高世強(qiáng)博士說。只有比勒菲爾德和維爾茨堡的研究團(tuán)隊在這方面取得了成功：他們在非洲蟾蜍和球形藻類團(tuán)藻的卵母細(xì)胞中安裝了新的視紫紅質(zhì)。在這兩種情況下，都可以顯示和表征其功能。

光遺傳學(xué)的觀點(diǎn)

作者認(rèn)為2c-Cyclop光學(xué)傳感器為光遺傳學(xué)提供了新的機(jī)遇。通過這種方法，活組織和生物體的活動可以受到光信號的影響。通過光遺傳學(xué)，細(xì)胞中的許多基本生物學(xué)過程已經(jīng)被闡明。例如，它為帕金森病和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的機(jī)制提供了新的見解。她還對自閉癥、精神分裂癥、抑郁或焦慮帶來了新的見解。

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