I ricercatori guidati da Josef Lazar dell'Istituto di chimica organica e biochimica dell'Accademia delle scienze ceca (IOCB Praga) hanno dimostrato che le molecole di proteine ​​fluorescenti agiscono come antenne con proprietà ottiche (cioè la capacità di assorbire ed emettere luce) dipendenti dalla loro orientamento. Scoperto per la prima volta nelle meduse, le proteine ​​fluorescenti sono oggi ampiamente utilizzate negli studi sui processi molecolari nelle cellule e negli organismi viventi. Le proprietà appena descritte di queste molecole troveranno applicazioni nella ricerca biologica di base e nella scoperta di nuovi farmaci. Un team di ricercatori dell'IOCB Praga, l'Istituto di Microbiologia, e l'Istituto di genetica molecolare dell'Accademia delle scienze ceca ha pubblicato i risultati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Per ottenere questi risultati, i ricercatori hanno prodotto quantità sufficienti di proteine ​​fluorescenti utilizzando batteri geneticamente modificati, identificato le condizioni in cui le proteine ​​formano cristalli, e determinò la struttura atomica dei cristalli. Utilizzando un microscopio unico sviluppato all'interno del gruppo, hanno poi misurato come questi cristalli assorbono ed emettono luce, e dai dati hanno calcolato le proprietà direzionali delle singole molecole. Ciò ha permesso loro di verificare che le molecole proteiche fluorescenti non si comportano come minuscoli puntini luminescenti, come spesso si pensa erroneamente, ma piuttosto come antenne in miniatura. Proprio come le antenne per la radio, Wifi, e trasmissione televisiva, queste molecole assorbono la luce solo da determinate direzioni. Allo stesso modo, emettono luce solo in determinate direzioni. I ricercatori sono anche riusciti a stabilire con precisione queste direzioni.

Era stata ipotizzata la possibilità che molecole proteiche fluorescenti si comportassero come antenne in grado di assorbire luce estranea, ma a lungo si è rivelato difficile da confermare, e che ne limitava le applicazioni. Gli ostacoli sono stati superati da Josef Lazar di IOCB Praga e dal suo team, specializzata nello sviluppo e nell'uso di metodi avanzati di microscopia ottica.

"Sulla base dei risultati di altri laboratori e del nostro, sospettavamo che le molecole proteiche fluorescenti si comportassero probabilmente come antenne. Ciò nonostante, siamo rimasti sorpresi di vedere quanto sia vera quell'analogia e quanto accuratamente siamo stati in grado di stabilire le direzioni da cui queste molecole assorbono la luce e la emettono, "dice Josef Lazar.

Il fatto che le molecole proteiche fluorescenti funzionino come antenne in miniatura è interessante non solo come curiosità della fisica, ma può anche avere importanti applicazioni pratiche. Attaccare una proteina fluorescente a qualche altra proteina di interesse significa attaccare ad essa un'antenna in miniatura che può quindi essere utilizzata per stabilire, in dettaglio, cambiamenti nella forma delle molecole della proteina di interesse, direttamente in una cellula vivente. Tali cambiamenti nella forma molecolare possono essere indotti da un farmaco, ad esempio. La presente scoperta troverà quindi applicazioni nello studio di importanti processi fisiologici a livello molecolare e nella scoperta di nuovi farmaci.

"Il significato della nostra scoperta risiede nel fatto che, anche se le molecole proteiche fluorescenti sono ampiamente utilizzate nella ricerca biologica, la loro capacità di comportarsi come antenne non è ancora pienamente apprezzata, né viene realmente utilizzato. La conoscenza delle proprietà direzionali delle proteine ​​fluorescenti può portare a nuovi modi di utilizzare queste utili molecole, " spiega Lazzaro.

In collaborazione con altri gruppi presso IOCB Praga, Il team di Lazar sta già tentando di applicare i risultati attuali in, Per esempio, lo studio degli effetti fisiologici dell'insulina e lo sviluppo di sostituti dell'insulina per uso orale. Un altro esempio di una possibile applicazione della presente scoperta è il tracciamento di segnali elettrici nelle cellule nervose, che potrebbe rivelarsi utile nello studio del cervello e delle malattie neurologiche.