Для запуска фотосинтеза в глаза мышам пересадили шпинат
Фотосинтетический аппарат шпината пересадили в роговицу мышам в качестве лечения синдрома сухого глаза — с каковой задачей он успешно справился, превращая свет в подавляющие воспаление энергетические молекулы. Результаты захватывающего эксперимента приводит журнал Cell.
«Мы буквально заимствуем всю технологию, которая эволюционировала миллионы лет у растений, и пересаживаем ее в животную систему», — говорит биолог Дэвид Тай Леонг из Национального университета Сингапура, соавтор работы. «На первых порах любая такая попытка неизбежно будет выглядеть как цирковой фокус», — признает клеточный биолог Кори Аллард из Гарвардского университета.
Но только испробовав метод и выявив его ограничения — например, долговременность эффекта и спектр клеток-мишеней — можно будет отработать возможные применения, добавляет он.
В своей работе экспериментаторы вдохновлялись клептопластией — способностью морских слизней воровать фотосинтетические механизмы у водорослей. Чтобы понять, возможно ли провернуть этот трюк с клетками млекопитающих, бионанотехнолог Куоран Син из Национального университета Сингапура отправился в ближайший супермаркет за разной листовой зеленью. Путем измельчения, фильтрации и центрифугирования он выделил из листьев хлоропласты — те самые фотосинтезирующие двигатели, которые превращают свет в энергию. Затем поместил хлоропласты в раствор, чтобы обнажить их тилакоидные граны — структуры, напоминающие стопки блинов, которые улавливают свет.
Свежая зелень из супермаркета
Шпинат Spinacia oleracea дал больше фотосинтетического аппарата, чем красный шпинат Amaranthus tricolor, водяной шпинат Ipomoea aquatica или салат-латук Lactuca sativa. Ученые инкапсулировали шпинатные граны в наночастицы, которые назвали LEAF (Light-reaction enriched thylakoid NADPH-foundry — «обогащенная тилакоидная фабрика НАДФН для световых реакций»).
В чашке Петри клетки млекопитающих быстро поглощали LEAF. Оказавшись внутри клеток, частицы в течение нескольких часов превращали свет в химическую энергию, производя молекулы-энергоносители АТФ и НАДФН. У растений следующая фаза фотосинтеза преобразует эти молекулы в углеводы — этап, который LEAF не обеспечивают.
Таким образом, реакции с участием LEAF — это «ограниченная форма фотосинтеза», констатирует Леонг. «Тем не менее это уже фотосинтез», — подчеркивает он.
Пользу LEAF проверили, сосредоточившись на способности НАДФН нейтрализовывать активные формы кислорода, которые способны вызывать воспалительную реакцию. Глазные капли с LEAF помогли успокоить воспаление на мышиной модели синдрома сухого глаза — заболевания, для которого характерно накопление активных форм кислорода на поверхности глаза.
«Нам не пришлось подвергать животных дополнительному облучению. Мы просто позволили им жить своей жизнью», — отмечает Леонг.
Глаза даже не позеленели
Частицы LEAF нейтрализовали повреждающие молекулы как внутри клеток роговицы, так и вокруг них. При этом они так эффективны, что для лечения хватает крошечных доз экстракта шпината — глаза даже не окрашиваются в зеленый.
Следующим шагом будут клинические исследования LEAF на людях с синдромом сухого глаза. По расчетам Сина, пучка шпината ценой примерно 0,20 долларов должно хватить для лечения более чем 50 человек дважды в день в течение месяца.
Команда также изучает возможность пересадки органелл растительного происхождения в другие типы тканей, помимо роговицы.
«Это действительно расширяет границы того, что мы привыкли считать медициной. Это очень интересно, даже если пока кажется немного безумным», — заключил Леонг.