Учёные запустили фотосинтез в глазах мышей (нет, они не позеленели)

Как показывают результаты нового эксперимента на мышах, специальные глазные капли, содержащие фотосинтетический аппарат из листьев шпината, помогают бороться с синдромом сухого глаза.

Учёные разработали новые глазные капли, которые позволяют глазам мышей осуществлять определённые этапы фотосинтеза.

Согласно исследованию, опубликованному ^[1] 15 мая в журнале Cell, капли, содержащие фотосинтетический аппарат, извлечённый из листьев шпината, используют реакции ^[2], запускаемые светом, для облегчения симптомов синдрома сухого глаза. Хотя исследователи тестировали капли на мышах, есть надежда, что после дальнейших испытаний эта терапия когда-нибудь сможет применяться у людей.

Это исследование представляет собой «классное применение» инженерных знаний, вдохновлённое симбиотическими отношениями в природе, отметил Кори Аллард, клеточный биолог из Гарвардской медицинской школы, не участвовавший в работе.

Растения используют фотосинтез для получения энергии в виде глюкозы из солнечного света. Органеллы, называемые хлоропластами, осуществляют фотосинтез и придают растениям зелёный цвет. Хотя ни одно животное не способно самостоятельно осуществлять фотосинтез [тут автор статьи излишне категоричен – кое-какие всё-таки умеют ^[3] / прим. перев.], некоторые из них установили симбиотические отношения с фотосинтезирующими водорослями, что позволяет им использовать энергию солнца. Некоторые виды морских улиток, в том числе листовая овечка (Costasiella kuroshimae) и мангровая листовая улитка (Elysia bangtawaensis), даже похищают хлоропласты из водорослей, которыми они питаются.

В новом исследовании Дэвид Тай Леонг, инженер-химик из Национального университета Сингапура, и его коллеги проверили, способны ли глаза млекопитающих выдерживать подобное воздействие, в надежде найти способ лечения синдрома сухого глаза, который поражает слёзную плёнку, покрывающую глаз, и вызывает образование окислителей и воспаление, способные ухудшить зрение ^[4].

Для создания глазных капель команда сначала извлекла из хлоропластов шпината слоистые структуры, называемые тилакоидными гранами. Тилакоидные граны ^[5] — это содержащие хлорофилл структуры внутри хлоропластов, в которых происходят первые, светозависимые этапы фотосинтеза. Затем команда инкапсулировала эти стопки тилакоидов в крошечные пакеты, создав систему, которую они назвали «обогащённой светореакцией тилакоидной NADPH-фабрикой» (LEAF) [leaf (англ.) – лист / прим. перев.].

При добавлении в глазные капли LEAF уменьшала воспаление глаз у мышей, у которых был искусственно вызван синдром сухого глаза. В процессе синтеза глюкозы хлоропласты производят в тилакоидных гранах химическое соединение под названием NADPH. NADPH действует как антиоксидант и помог устранить соединения, усугублявшие воспаление глаз у мышей.

Через пять дней состояние мышей, которым вкапывали глазные капли с LEAF, стало сопоставимым с состоянием мышей, получавших существующий, доступный в продаже препарат для лечения синдрома сухого глаза. У них наблюдалось более интенсивное слёзоотделение и меньшее повреждение роговицы по сравнению с мышами, которым капали только физиологический раствор.

«Глаз как нельзя лучше подходит для реализации такой стратегии, поскольку свет и так является неотъемлемой составляющей его нормальной физиологической функции», — написал в электронном письме доктор Сяньфэн Линь, хирург-ортопед из Медицинского факультета Чжэцзянского университета в Китае. Хотя Лин не участвовал в новой работе, он и его коллеги в 2022 году опубликовали в журнале Nature исследование ^[6], в котором использовалась аналогичная фотосинтетическая система для борьбы с воспалением, вызванным артритом, в коленях мышей.

«Эта работа расширяет роль света в глазу, превращая его из чисто сенсорного органа в потенциальный фактор, способствующий локальной поддержке метаболизма и восстановлению тканей», — сказал Лин.

Несмотря на то что глазные капли содержат хлорофилл, его концентрация очень низкая, и капли выглядят прозрачными.

«Мы можем использовать высокооптимизированный фотосинтетический механизм, поэтому нам не требуется огромное количество системы LEAF», — пояснил Леонг. «Поскольку концентрация настолько низкая, зелёного цвета не видно. Так что у нас не появятся зелёные глаза, как у Невероятного Халка».

Глазные капли ещё не готовы к применению на людях; им ещё предстоит пройти тщательные испытания на безопасность и долгосрочную эффективность. Однако, как сообщил Леонг, команда работает над организацией клинического испытания, в ходе которого в первую очередь будет оцениваться безопасность препарата.

В случае одобрения для применения у людей этот препарат будет использовать естественные механизмы работы наших глаз, поскольку для его активации требуется лишь естественное освещение. «Пациент будет получать терапию, которая гармонично вписывается в наш обычный распорядок дня», — отметил Леонг.