Los investigadores apoyados por la Swiss National Science Foundation han logrado utilizar rayos X para observar minuciosamente una reacción de fotosíntesis y producir una película del evento. Los hallazgos ayudarán a comprender procesos similares en el ojo humano. Gracias al nuevo acelerador de partículas SwissFEL en el Instituto Paul Scherrer, podemos esperar más descubrimientos de este tipo.

Las plantas y las algas no son las únicas que se someten a la fotosíntesis. Algunas bacterias también utilizan la energía de la luz solar para crecer y reproducirse. Investigadores apoyados por la Swiss National Science Foundation (SNSF) ahora han demostrado que los procesos a nivel atómico funcionan en la "bomba" de proteínas impulsada por la luz de las halobacterias púrpuras. Al hacerlo, los investigadores han aclarado cómo funciona la bomba, que ha sido un tema de debate durante mucho tiempo. Los hallazgos también ayudarán a comprender mejor los fotorreceptores similares para esta proteína en el ojo humano.

Usando una nueva tecnología, un grupo internacional de investigadores del Paul Scherrer Institute (PSI), Japón, Suecia y Francia capturaron eventos físicos y químicos que ocurrieron en una milésima de una millonésima de segundo (nanosegundo). Esto permitió a los investigadores producir una película que muestra los procesos de nivel atómico en funcionamiento dentro de la bomba, llamada bacteriorrodopsina, después de que se activa con la luz entrante.

La obtención de las grabaciones requirió examinar alrededor de 2 millones de pequeñas muestras de cristales de proteínas con el láser de electrones libres SACLA en Japón. El FEL golpea las muestras con muy corto, potentes rayos X, capturando momentos precisos. "Es como una luz estroboscópica, "dice Jörg Standfuss, biofísico y jefe del grupo de investigación de cristalografía en serie. "A diferencia de una linterna, revela parpadeos de movimiento en la oscuridad ". Los pulsos de luz ultracortos permiten registrar datos antes de que las muestras sean destruidas por los potentes rayos X. Gracias a la nueva instalación SwissFEL en PSI en Würenlingen, que abrió el 5 de diciembre de 2016, los investigadores de las instituciones de educación superior suizas ya no tienen que recorrer la mitad del mundo para realizar sus experimentos.

Muleta molecular para fotorreceptores defectuosos

Los resultados de la bomba bacteriana tienen potencial de aplicación en diferentes áreas. Por ejemplo, Los neurobiólogos usan bombas similares para activar y desactivar específicamente ciertas células nerviosas en el cerebro de animales experimentales (optogenética).

Los grupos de investigación apoyados por SNSF en PSI han estado estudiando los fotorreceptores en el ojo humano durante algún tiempo. "La visión es nuestro sentido más importante. Incluso nuestro reloj interno está gobernado por estos receptores en el ojo, "dice Gebhart Schertler, bioquímico y jefe de la sección de Biología y Química. Las mutaciones en estos receptores de luz tienen efectos comparables a los que ocurren en las bombas bacterianas. Los casos leves pueden causar ceguera nocturna, mientras que otros pueden conducir a la degeneración de la retina (retinitis pigmentosa), culminando en ceguera total. "Ya se han sugerido varios enfoques terapéuticos, pero hasta ahora ninguno ha llegado al mercado, "dice Schertler.

Los resultados del trabajo de investigación en PSI de análisis anteriores de estos fotorreceptores llevaron a una colaboración con Roche. El objetivo es encontrar y desarrollar compuestos que puedan servir de apoyo para compensar las proteínas retinianas defectuosas. Los resultados preliminares de esta investigación se publicarán próximamente. Aunque el desarrollo de un fármaco real aún puede llevar mucho tiempo, ya se han obtenido algunos resultados muy prometedores.