От слепоты спасет … квантовая химия

– Каждый цвет, каждая вспышка, каждый солнечный луч наносят ущерб светочувствительным тканям в задней части наших глаз, производя токсичные вещества, – пояснил он. – Они могут повредить те самые клетки, которые и позволяют нам видеть. Но к счастью, тот самый пигмент, ответственный за потемнение наших волос, кожи и глаз, «подрабатывает уборщиком», уничтожая одно из таких опасных соединений до того, как оно успеет накопиться и все разрушить.

Исследование, проведенное исследователями из Тюбингенского университета в Германии и Йельского университета, показало, что процесс такой «уборки» несколько необычен с точки зрения биохимии. Потому что основывается на странной особенности квантоподобного поведения.

Заднюю стенку внутренней поверхности нашего глазного яблока выстилает ворсистый ковер из светореактивных клеток, называемых сетчаткой. 

– Каждое волокно этого ковра заполнено похожими на блины стопками дисков, содержащих важнейшее вещество, которое улавливает фотоны света, запуская тем самым цепочку реакций, – продолжает автор. – Результатом всего этого является нервный импульс, который наш мозг интерпретирует как зрение. И знаете … Самый первый шаг в этом процессе преобразования на удивление опасен. Вещество, называемое сетчаткой, принимает форму, которая нарушает функции клеток, превращаясь в самый настоящий токсин!

Но мудрая эволюция подготовила нас к этому «неудобству», предоставив нашим глазам ферменты, которые возвращают искривленную форму сетчатки обратно – в безопасную и практичную форму. 

Более того, глаз постоянно перерабатывает стопки дисков, разбирая их с одного конца и перетасовывая новые светочувствительные упаковки на место с другого.

Каким бы эффективным ни был этот процесс, он далек от совершенства. У людей с редким заболеванием, называемым болезнью Штаргардта, единственный дефицитный фермент вызывает накопление токсичных продуктов, которые приводят к потере четкого зрения в фокальной области сетчатки.

Даже у людей с функциональным набором ферментов, выполняющих свою работу максимально эффективно, перерыв в процессе распада приводит к тому, что другое потенциально опасное соединение, называемое липофусцином, накапливается в самые настоящие сгустки, способные в одночасье лишить зрения.

 Вроде бы, у эволюции есть ответ, и это – тот самый темный пигмент меланин, который, как и было замечено выше, сочетается с гранулами липофусцина в сетчатке пожилых людей.

– Начинает казаться, что меланин – это природное решение множества биологических проблем”, – цитирует автор терапевтического радиолога из Йельского университета Дугласа Э. Браша. – Но его действие становится слабее с возрастом. Со временем ткани начинают разрушаться, оборачиваясь более распространенной формой нарушения зрения – возрастной макулярной дегенерации (ВМД).

В то время как предыдущие исследования, проведенные другими членами исследовательской группы, подтверждали роль пигмента в выведении липофусцина, сам механизм разрушения для ученых оставался загадкой.

Подсказку дало исследование, которое показало, что липофусцин распадается после введения реагентов, которые производят высокоактивные формы кислорода, называемые радикалами.

Сами по себе электроны меланина не находятся в состоянии с достаточно высокой энергией для выполнения такой задачи, будучи просто заблокированными законами квантовой физики.

Но лазейка здесь все равно есть.

– Называемая химическим возбуждением, она включает в себя квантовую обработку дополнительных материалов, комбинирующихся таким образом, что электроны превышают уровни, которые обычно блокируются, позволяя тем самым меланину немного «возбудиться» и начать производить кислородные радикалы там, где это необходимо, – продолжает Браш. – Эти квантово-химические реакции возбуждают электрон меланина до состояния высокой энергии и меняют его вращение, что впоследствии приводит к такой вот необычной химии.  

Это процесс не является чем-то новым для биологов, хотя его и редко вспоминают в качестве способа поднять электроны достаточно высоко для генерации света.

Только сейчас эта его роль становится более-менее понятной.

Объединив электронную микроскопию высокого разрешения, генетику и фармакологию, Брэш и его коллеги проследили происхождение гранул меланина и липофусцина и продемонстрировали роль меланина в процессе удаления опасных соединений.

Также они доказали, что меланин использовал свое квантово-усиленное состояние для разложения липофусцина.

– В идеале, полученные знания можно было бы применить для поиска фармацевтических препаратов, которые могли бы служить альтернативой меланину у стареющих людей, расщепляя липофусцин до того, как он сможет вызвать разрушение тканей сетчатки, – пояснил ученый.

А старший автор исследования, офтальмолог-экспериментатор из Тюбингенского университета Ульрих Шраермейер сообщил, что на протяжении трех десятилетий был убежден в том, что меланосомы – органеллы в клетках, которые вырабатывают меланин, – разрушают липофусцин. Просто не мог выявить сам механизм.  

– Описанное химическое возбуждение – это недостающее звено во всем этом, и оно должно дать нам новые возможности как-то противостоять возрастному ослаблению действия меланина, – заключил он. – Препарат, который будет непосредственно подвергаться такому химическому воздействию, может стать настоящим прорывом в медицине и спасением для людей.

Ранее LIVE24 сообщало о том, что ученые нашли механизм получения анестетика из ядовитого дерева.