Qrenlandiyanın möhtəşəm buzlaqlarını, Tibet yüksək dağlarının əbədi qarını və Finlandiyanın daimi buz kimi soyuq yeraltı sularını təsəvvür edin. Bunlar nə qədər soyuq və gözəl olsalar da, struktur bioloq Kirill Kovalev üçün onlar beyin hüceyrələrinin fəaliyyətini idarə edə bilən qeyri-adi molekullara ev sahibliyi edirlər.

Kovalev, EMBL Hamburqun Schneider Group və EMBL-EBI-nin Bateman Qrupunda EIPOD Postdoctoral Fellow, bioloji problemlərin həllinə həvəsli fizikdir. O , xüsusilə suda yaşayan mikroorqanizmlərə enerji üçün günəş işığından istifadə etməyə imkan verən rəngli zülallar qrupu olan rhodopsinlərə bağlıdır .

“Mən öz işimdə qeyri-adi rodopsinləri axtarıram və onların nə etdiyini anlamağa çalışıram”, – Kovalev bildirib. “Belə molekulların bizim faydalana biləcəyimiz kəşf edilməmiş funksiyaları ola bilər.”

Bəzi rhodopsinlər hüceyrələrdə elektrik aktivliyi üçün işıqla işləyən açarlar kimi xidmət etmək üçün artıq dəyişdirilmişdir. Optogenetik adlanan bu texnikadan nevroloqlar eksperimentlər zamanı neyronların fəaliyyətini seçici şəkildə idarə etmək üçün istifadə edirlər. Enzimatik fəaliyyət kimi digər qabiliyyətlərə malik olan rodopsinlər, məsələn, işıqla kimyəvi reaksiyaları idarə etmək üçün istifadə edilə bilər.

İllərdir rodopsinləri öyrənən Kovalev, əvvəllər gördüklərindən fərqli olaraq yeni, qaranlıq bir qrup rodopsin kəşf edənə qədər onları içəridən tanıdığını düşünürdü.

Elmdə tez-tez baş verdiyi kimi, təsadüfən başladı. Onlayn protein məlumat bazalarına baxarkən Kovalev, buzlaqlar və yüksək dağlar kimi çox soyuq mühitlərdə tapılan mikrob rodopsinlərinə xas olan qeyri-adi bir xüsusiyyət gördü.

“Bu qəribədir” deyə düşündü. Axı, rodopsinlər adətən dənizlərdə və göllərdə tapdığınız bir şeydir.

Bu soyuq iqlimli rodopsinlər bir-birindən minlərlə kilometr məsafədə inkişaf etmələrinə baxmayaraq, demək olar ki, eyni idi. Bu təsadüf ola bilməzdi. Onlar soyuqda sağ qalmaq üçün vacib olmalıdırlar, Kovalev yekunlaşdırdı və bunu etiraf etmək üçün onları “kryorhodopsinlər” adlandırdı.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1751867624&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-rare-blue-proteins-cold-microbes.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzOC4wLjcyMDQuOTciXV0sMF0.&dt=1751867618591&bpp=3&bdt=112&idt=3&shv=r20250630&mjsv=m202507010101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751867449%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751867449%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1751867449%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C336x280&nras=1&correlator=5146184975884&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2227&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31093235%2C42531705%2C95353386%2C95362656%2C95364946%2C95365225%2C95365235%2C95365109%2C95359266%2C95365119%2C95365798&oid=2&psts=AOrYGsm5CRVx_gxsjFwcXYEfd41yw5noB7EMsozVdtd38LKB61xejgZeUirPBSmbJdFP5G7DJDQmmIxzJzq11g&pvsid=7501422706308467&tmod=118994154&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=5849

Rodopsinlər mavidən çıxdı

Kovalev daha çox bilmək istəyirdi: bu rodopsinlər nəyə bənzəyir, necə işləyirlər və xüsusən də hansı rəngdədirlər.

Rəng hər bir rodopsinin əsas xüsusiyyətidir . Onların əksəriyyəti çəhrayı-narıncı rəngdədir – onlar çəhrayı və narıncı işığı əks etdirir və yaşıl və mavi işığı udur , bu da onları aktivləşdirir. Alimlər müxtəlif rəngli rodopsinlərdən ibarət palitra yaratmağa çalışırlar ki, neyronların fəaliyyətini daha dəqiq idarə edə bilsinlər. Mavi rodopsinlər xüsusilə tələb olunurdu, çünki onlar qırmızı işıqla aktivləşirlər, bu da toxumalara daha dərindən və qeyri-invaziv şəkildə nüfuz edir.

Kovalevin təəccübünə səbəb onun laboratoriyada tədqiq etdiyi kriorhodopsinlərin gözlənilməz rəng müxtəlifliyi, ən əsası isə bəzilərinin mavi olması aşkar edilib. İş Science Advances jurnalında dərc olunub .

Hər bir rodopsinin rəngi udduğu və əks etdirdiyi işığın dalğa uzunluqlarını diktə edən molekulyar quruluşu ilə müəyyən edilir. Bu strukturdakı hər hansı dəyişiklik rəngi dəyişə bilər.

“Mən əslində kriorhodopsin ilə nə baş verdiyini sadəcə onun rənginə baxaraq deyə bilərəm” dedi Kovalev.

Qabaqcıl struktur biologiya üsullarını tətbiq edərək, o, mavi rəngin sirrinin əvvəlcə zülal verilənlər bazasında aşkar etdiyi eyni nadir struktur xüsusiyyət olduğunu anladı.

“İndi biz onları mavi edənin nə olduğunu başa düşdükdən sonra biz müxtəlif tətbiqlərə uyğunlaşdırılmış sintetik mavi rodopsinləri dizayn edə bilərik” dedi Kovalev.

Daha sonra Kovalevin əməkdaşları mədəni beyin hüceyrələrində kriorhodopsinləri araşdırdılar. Kriorhodopsinləri ifadə edən hüceyrələr ultrabənövşəyi şüalara məruz qaldıqda, onların içərisində elektrik cərəyanlarına səbəb oldu. Maraqlıdır ki, tədqiqatçılar dərhal sonra hüceyrələri yaşıl işıqla işıqlandırsalar, hüceyrələr daha həyəcanlı olur, əksinə UV/qırmızı işıqdan istifadə etsələr, bu, hüceyrələrin həyəcanlılığını azaldır.

Tədqiqatda iştirak edən Göttingen Universiteti Tibb Mərkəzinin Qrup Rəhbəri Tobias Moser, “Hüceyrənin elektrik aktivliyini həm “yandırmaq”, həm də “söndürmək” üçün effektiv şəkildə dəyişdirmək üçün yeni optogenetik alətlər tədqiqat, biotexnologiya və tibbdə inanılmaz dərəcədə faydalı olardı” dedi.

“Məsələn, mənim qrupumda xəstələrdə eşitmə qabiliyyətini optogenetik olaraq bərpa edə bilən xəstələr üçün yeni optik koxlear implantlar hazırlayırıq. Gələcək tətbiqlər üçün belə çoxməqsədli rodopsinin faydalılığını inkişaf etdirmək növbəti tədqiqatlar üçün vacib vəzifədir”.

“Bizim kriorhodopsinlərimiz hələ alət kimi istifadə olunmağa hazır deyil, lakin onlar əla prototipdir. Onlar bizim tapıntılarımız əsasında optogenetika üçün daha effektiv olmaq üçün dizayn edilə bilən bütün əsas xüsusiyyətlərə malikdirlər”, – Kovalev bildirib.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Evolution-un UV şüalarından qoruyucu

Hamburqda yağışlı bir qış günündə belə günəş işığına məruz qaldıqda, kryorhodopsinlər UV işığını hiss edə bilirlər, bunu Josef Wachtveitl başçılıq etdiyi Frankfurt Universitetinin Höte Universitetinin əməkdaşları Kovalevin qabaqcıl spektroskopiyasından istifadə edərək göstərdilər.

Wachtveitl komandası göstərdi ki, kyorhodopsinlər əslində bütün rodopsinlər arasında işığa reaksiya baxımından ən yavaş olanlardır. Bu, elm adamlarını bu kriorhodopsinlərin fotosensor kimi fəaliyyət göstərərək mikrobların UV işığını “görməsinə” imkan verdiyindən şübhələndi – digər kriorhodopsinlər arasında eşidilməyən bir xüsusiyyət.

“Onlar həqiqətən bunu edə bilərmi?” Kovalev öz-özünə soruşurdu. Tipik bir sensor zülalı, məlumatı hüceyrə membranından hüceyrənin içərisinə ötürən bir xəbərçi molekulla birləşir.

Kovalev, İspaniyanın Alikante şəhərindən olan həmkarları və EIPOD-un həmrəhbəri, EMBL-EBI-dən Aleks Beytman ilə birlikdə kriorhodopsin geninin həmişə naməlum funksiyaya malik kiçik bir proteini kodlayan bir gen ilə müşayiət olunduğunu gördükdə daha da əmin oldular.

Kovalev bunun itmiş elçi ola biləcəyi ilə maraqlandı. AlphaFold süni intellekt alətindən istifadə edərək komanda kiçik zülalın beş nüsxəsinin halqa əmələ gətirəcəyini və kriorhodopsinlə qarşılıqlı əlaqədə olacağını göstərə bildi.

Onların proqnozlarına görə, kiçik zülal hüceyrənin içərisində kriorhodopsinə qarşı dayanmış vəziyyətdə oturur. Onlar inanırlar ki, kyorhodopsin ultrabənövşəyi şüaları aşkar etdikdə kiçik zülal bu məlumatı hüceyrəyə daşımaq üçün ayrıla bilər.

“Kriorhodopsinlərdən gələn işığa həssas siqnalın hüceyrənin digər hissələrinə ötürülə biləcəyi yeni mexanizmin aşkar edilməsi heyranedici idi. Xüsusiyyətsiz zülallar üçün funksiyaların nə olduğunu öyrənmək həmişə həyəcanvericidir. Əslində, biz bu zülalları kriorhodopsin olmayan orqanizmlərdə də tapırıq, bəlkə də bu zülalların geniş diapazonu.”

Kriorhodopsinlərin nə üçün heyrətamiz ikili funksiyasını inkişaf etdirdiyi və nə üçün yalnız soyuq mühitlərdə – sirr olaraq qalır.

“Biz şübhə edirik ki, kriorhodopsinlər öz unikal xüsusiyyətlərini soyuqdan deyil, mikrobların onlara zərərli ola biləcək ultrabənövşəyi şüaları hiss etmələri üçün təkamül edib”, – Kovalev bildirib.

“Soyuq mühitlərdə, məsələn, dağın zirvəsi kimi, bakteriyalar intensiv ultrabənövşəyi radiasiya ilə üzləşirlər. Kriorhodopsinlər onlara bunu hiss etməyə kömək edə bilər ki, özlərini qoruya bilsinlər. Bu fərziyyə bizim tapıntılarımızla yaxşı uyğunlaşır.”

“Bu kimi qeyri-adi molekulları kəşf etmək, orada yaşayan orqanizmlərin uyğunlaşmalarını öyrənmək üçün tez-tez ucqar yerlərə elmi ekspedisiyalar olmadan mümkün olmazdı” dedi Kovalev. “Biz bundan çox şey öyrənə bilərik!”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1751867650&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-rare-blue-proteins-cold-microbes.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzOC4wLjcyMDQuOTciXV0sMF0.&dt=1751867618755&bpp=5&bdt=275&idt=5&shv=r20250630&mjsv=m202507010101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751867449%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751867449%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1751867449%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C336x280%2C750x280%2C336x280&nras=1&correlator=5146184975884&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=5614&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=1856&eid=31093235%2C42531705%2C95353386%2C95362656%2C95364946%2C95365225%2C95365235%2C95365109%2C95359266%2C95365119%2C95365798&oid=2&psts=AOrYGsm5CRVx_gxsjFwcXYEfd41yw5noB7EMsozVdtd38LKB61xejgZeUirPBSmbJdFP5G7DJDQmmIxzJzq11g%2CAOrYGsnNz8sDR69khut2jfXi_BN8exIhnS32ehEuZx-MzRfAgrb39M303iER1orMyFeOvx2YBTs4dszr-fBs7EY%2CAOrYGsleoQ_RCxxIeMVk4TzTxtLUO7dYnPhfQlwD_F-n5Ce7HDmm3__DzTCD0aq8bvbSFep6GsRDKQNwcQXpg8lO&pvsid=7501422706308467&tmod=118994154&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=7&uci=a!7&btvi=3&fsb=1&dtd=31789

Unikal molekullara unikal yanaşma

Kriorhodopsinlərin füsunkar biologiyasını aşkar etmək üçün Kovalev və onun əməkdaşları bir sıra texniki çətinlikləri dəf etməli oldular .

Bunlardan biri o idi ki, kriorhodopsinlər struktur baxımından demək olar ki, eynidir və hətta bir atomun mövqeyində cüzi dəyişiklik belə müxtəlif xüsusiyyətlərə səbəb ola bilər. Bu təfərrüat səviyyəsində molekulların öyrənilməsi standart eksperimental metodlardan kənara çıxmağı tələb edir.

Kovalev EMBL Hamburg şüa xətti P14-də rentgen kristalloqrafiyasını və Hollandiyanın Qroningen şəhərində Albert Quskov qrupunda kriyoelektron mikroskopiyanı (kriyo-EM) birləşdirərək 4D struktur biologiya yanaşmasını tətbiq etdi və işıqla protein aktivləşdirilməsi.

“Mən, həqiqətən, layihəmi mümkün edən unikal şüa xəttinin qurulmasına görə, EMBL Hamburqda postdokturumu etməyi seçdim” dedi Kovalev.

“Bütün P14 beamline komandası quraşdırmanı təcrübələrimə uyğunlaşdırmaq üçün birlikdə işlədi – onların köməyinə görə çox minnətdaram.”

Digər bir problem, kyorhodopsinlərin işığa həddindən artıq həssas olması idi. Bu səbəbdən Kovalevin əməkdaşları nümunələrlə demək olar ki, tam qaranlıqda işləməyi öyrənməli olublar.

Daha çox məlumat: Gerrit Lamm et al, CryoRhodopsins: soyuq mühitlərdən mikrob rodopsinlər qrupunun hərtərəfli xarakteristikası, Elm İnkişafı (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv1015 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv1015

Jurnal məlumatı: Elmin inkişafı 

Avropa Molekulyar Biologiya Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir