I ricercatori supportati dal Fondo nazionale svizzero per la scienza sono riusciti a utilizzare i raggi X per osservare minuziosamente una reazione di fotosintesi e produrre un filmato dell'evento. I risultati aiuteranno la comprensione di processi simili nell'occhio umano. Grazie al nuovo acceleratore di particelle SwissFEL presso l'Istituto Paul Scherrer, possiamo aspettarci più scoperte di questo tipo.

Le piante e le alghe non sono le sole a subire la fotosintesi. Alcuni batteri usano anche l'energia della luce solare per crescere e riprodursi. I ricercatori supportati dal Fondo nazionale svizzero per la scienza (FNS) hanno ora dimostrato processi a livello atomico all'opera nella "pompa" proteica guidata dalla luce degli alobatteri viola. Così facendo, i ricercatori hanno chiarito come funziona la pompa, che è stato a lungo oggetto di dibattito. I risultati aiuteranno anche a comprendere meglio fotorecettori simili per questa proteina nell'occhio umano.

Utilizzando una nuova tecnologia, un gruppo internazionale di ricercatori del Paul Scherrer Institute (PSI), Giappone, Svezia e Francia hanno catturato eventi fisici e chimici che si verificano in un millesimo di milionesimo di secondo (nanosecondo). Ciò ha permesso ai ricercatori di produrre un filmato che mostra i processi a livello atomico all'opera all'interno della pompa – chiamata batteriorodopsina – dopo che è stata attivata dalla luce in entrata.

Per ottenere le registrazioni è stato necessario esaminare circa 2 milioni di piccoli campioni di cristalli proteici con il laser a elettroni liberi SACLA in Giappone. Il FEL colpisce i campioni con brevissimi, potenti raggi X, catturare momenti precisi. "È come una luce stroboscopica, "dice Jörg Standfuss, biofisico e capo del gruppo di ricerca sulla cristallografia seriale. "A differenza di una torcia, rivela sfarfallii di movimento al buio." Gli impulsi luminosi ultracorti consentono di registrare i dati prima che i campioni vengano distrutti dai potenti raggi X. Grazie al nuovo impianto SwissFEL presso il PSI di Würenlingen, che ha aperto il 5 dicembre 2016, i ricercatori delle scuole universitarie svizzere non devono più girare dall'altra parte del mondo per condurre i loro esperimenti.

Stampella molecolare per fotorecettori difettosi

I risultati della pompa batterica hanno un potenziale applicativo in diverse aree. Per esempio, i neurobiologi usano pompe simili per attivare e disattivare in modo specifico alcune cellule nervose nel cervello degli animali da esperimento (optogenetica).

I gruppi di ricerca supportati dal FNS presso il PSI studiano da tempo i fotorecettori nell'occhio umano. "La vista è il nostro senso più importante. Anche il nostro orologio interno è governato da questi recettori nell'occhio, "dice Gebhart Schertler, biochimico e capo della sezione di Biologia e Chimica. Le mutazioni in questi recettori della luce hanno effetti paragonabili a quanto accade nelle pompe batteriche. I casi lievi possono causare cecità notturna, mentre altri possono portare alla degenerazione della retina (retinite pigmentosa), culminante nella cecità totale. "Sono già stati suggeriti vari approcci terapeutici, ma fino ad ora nessuno è arrivato sul mercato, "dice Schertler.

I risultati del lavoro di ricerca presso il PSI da precedenti analisi di questi fotorecettori hanno portato a una collaborazione con Roche. L'obiettivo è trovare e sviluppare composti che possano fungere da stampella per compensare le proteine ​​retiniche difettose. I risultati preliminari di questa indagine saranno presto pubblicati. Sebbene lo sviluppo di un vero farmaco possa richiedere ancora molto tempo, alcuni risultati molto promettenti sono già stati ottenuti.