Чтобы начать фотосинтез, шпинат пересадили в глаза мышам

Фотосинтетический аппарат шпината был трансплантирован в роговицу мышей для лечения синдрома сухого глаза. Эту задачу он успешно выполнил путем преобразования света в энергетические молекулы, подавляющие воспаление. О результатах захватывающего эксперимента сообщается в журнале Cell.

«Мы буквально берем все технологии, которые развивались на протяжении миллионов лет в растениях, и трансплантируем их в систему животных», — говорит биолог Дэвид Тай Леонг из Национального университета Сингапура, соавтор статьи. «Поначалу любая такая попытка неизбежно будет выглядеть как цирковой трюк», — признает клеточный биолог Кори Аллард из Гарвардского университета.

Но только протестировав метод и определив его ограничения — например, продолжительность эффекта и диапазон клеток-мишеней — можно будет разработать возможные применения, добавляет он.

В своей работе экспериментаторов вдохновила клептопластика — способность морских слизней красть механизмы фотосинтеза у водорослей. Чтобы проверить, возможно ли проделать этот трюк с клетками млекопитающих, бионанотехнолог Куоран Син из Национального университета Сингапура отправился в ближайший супермаркет, чтобы купить разнообразную листовую зелень. Путем измельчения, фильтрации и центрифугирования он выделил из листьев хлоропласты — те самые фотосинтетические двигатели, которые преобразуют свет в энергию. Затем он поместил хлоропласты в раствор, чтобы обнажить их тилакоидные граны — структуры, подобные сложенным стопкой блинам, которые улавливают свет.

Свежие травы из супермаркета

Шпинат Spinacia oleracea производит больше фотосинтетического аппарата, чем красный шпинат Amaranthus tricolor, водяной шпинат Ipomoea aquatica или салат Lactuca sativa. Ученые инкапсулировали граны шпината в наночастицы, которые они назвали LEAF (обогащенный световой реакцией тилакоид НАДФН-литейный завод).

В чашке Петри клетки млекопитающих быстро поглотили LEAF. Попав внутрь клеток, частицы в течение нескольких часов преобразовывали свет в химическую энергию, производя энергонесущие молекулы АТФ и НАДФН. У растений следующая фаза фотосинтеза преобразует эти молекулы в углеводы, а ЛИСТЫ не обеспечивают этого шага.

Таким образом, реакции с участием LEAF представляют собой «ограниченную форму фотосинтеза», утверждает Леонг. «Тем не менее, это уже фотосинтез», — подчеркивает он.

Польза LEAF была проверена на способности НАДФН нейтрализовать активные формы кислорода, которые могут вызвать воспалительную реакцию. Глазные капли LEAF помогли успокоить воспаление на мышиной модели синдрома сухого глаза — заболевания, характеризующегося накоплением 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 стали зелеными

Частицы LEAF нейтрализуют повреждающие молекулы как внутри, так и вокруг клеток роговицы. Причем они настолько эффективны, что для лечения достаточно крошечных доз экстракта шпината – глаза даже не зеленеют.

Следующим шагом станут клинические испытания LEAF на людях с синдромом сухого глаза. По подсчетам Синя, пучка шпината стоимостью около 0,20 доллара будет достаточно, чтобы лечить более 50 человек два раза в день в течение месяца.

Команда также изучает возможность трансплантации органелл растительного происхождения в другие типы тканей, помимо роговицы.

"Это действительно расширяет границы того, что мы привыкли считать медициной. Это очень интересно, даже если на данный момент это кажется немного сумасшедшим", - заключил Леонг.