Niektóre elementy błon otaczających mitochondria w komórkach, odpowiedzialne za transport jonów potasu, są identyczne w ziemniakach i mózgach ssaków, sugerują badania Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie, przeprowadzone we współpracy z Uniwersytetem im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

1. Błony mitochondrialne w komórkach ziemniaków oraz w neuronach mózgów ssaków zawierają podobne kanały jonowe. (Źródło: Nencki, Grzegorz Krzyżewski)

W błonach otaczających mitochondria występują białka sterujące przepływem jonów, nazywane kanałami jonowymi. Badania naukowców z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego Polskiej Akademii Nauk (Instytut Nenckiego) w Warszawie i Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza (IBMiB UAM) w Poznaniu pozwoliły ustalić, że pewne odmiany mitochondrialnych kanałów potasowych w komórkach ziemniaka są pod względem budowy i funkcji identyczne z ich odpowiednikami w mitochondriach neuronów w mózgach ssaków.

Mitochondria, centra energetyczne komórek, to organelle długości kilku mikrometrów. Występują we wnętrzach komórek eukariotycznych (czyli z jądrem komórkowym), gdzie ich liczba waha się od kilkuset do kilku tysięcy na komórkę. Mitochondria odpowiadają za ważne funkcje życiowe, m.in. wytwarzają adenozynotrifosforan (ATP), związek chemiczny będący głównym nośnikiem energii chemicznej w komórkach. Jak fundamentalne znaczenie ma ten związek może świadczyć fakt, że każdego dnia człowiek przekształca ATP w masie porównywalnej z masą całego ciała.

2. Infografika ilustrująca przepływ jonów potasu (czerwony) przez kanał potasowy (żółty) w błonie mitochondrialnej. (Źródło: Nencki, Maciej Frołow)

Kanałami jonowymi nazywa się białka przepuszczające w kontrolowany sposób duże ilości jonów określonego typu. W błonach otaczających czy to komórki, czy to mitochondria, można znaleźć kanały wyspecjalizowane w transporcie m.in. jonów potasu, sodu, wapnia lub chloru. Obiektem badań naukowców z Instytutu Nenckiego i IBMiB UAM były m.in. mitochondrialne kanały potasowe sterowane przez ATP oraz jony wapniowe.

"Problem z kanałami jonowymi w błonach mitochondrialnych polega na tym, że na zdrowy rozsądek w ogóle nie powinno ich być. Współczesne modele produkcji energii w komórkach wskazują, że kanały w błonach mitochondriów obniżałyby efektywność tego procesu. Skoro jednak kanały są, ich obecność musiała dawać istotną przewagę ewolucyjną. Tak rodzi się pytanie: w którym momencie w historii życia na Ziemi ta przewaga się ujawniła?", mówi prof. dr hab. Adam Szewczyk z Instytutu Nenckiego, jeden ze współautorów badań.

Kanały jonowe są otwierane i zamykane przez specyficzne substancje aktywujące i blokujące. Przykładem blokera działającego na mitochondria komórek ludzkich jest iberiotoksyna, zawarta m.in. w jadzie skorpiona. Przeprowadzone w Instytucie Nenckiego pomiary prądów płynących przez kanały potasowe w mitochondriach ziemniaka wykazały, że białka te nie tylko pełnią podobne funkcje co kanały w mitochondriach ssaków, ale nawet reagują na te same toksyny. "To zadziwiająca obserwacja. Białka odpowiedzialne za transport jonów potasu wydają się być ewolucyjnie wręcz zakonserwowane w mitochondriach", zauważa prof. Wiesława Jarmuszkiewicz z IBMiB UAM .

Badania nad kanałami jonowymi mogą mieć istotne znaczenie medyczne. Leki oddziałujące na kanały jonowe mitochondriów potencjalnie mogłyby znacząco ograniczać skutki zawałów serca i udarów mózgu. Wprowadzenie nowego leku na rynek jest jednak procesem bardzo drogim i długotrwałym. Z tego powodu efekty badań kanałów jonowych mitochondriów będzie można prawdopodobnie najszybciej zobaczyć w przemyśle kosmetycznym.

Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN zamierza rozpocząć długofalową współpracę z Laboratorium Kosmetycznym Dr Irena Eris. Obie instytucje złożyły wspólny projekt w ramach Inicjatywy INNOTECH, realizowanej przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Dzięki badaniom substancji ochronnych oddziałujących na kanały potasowe mitochondriów będzie możliwe opracowanie nowych dermokosmetyków. "Jeśli wszystko pójdzie po naszej myśli, już za kilka lat każdy będzie mógł kupić nowy dermokosmetyk i na własnej skórze przekonać się o korzyściach płynących z badań podstawowych nad mitochondriami", stwierdza prof. Szewczyk.

Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk, utworzony w 1918 roku, jest największym nieuniwersyteckim ośrodkiem badań biologicznych w Polsce. Do priorytetowych dziedzin podejmowanych w Instytucie należą: neurobiologia, neurofizjologia, biologia i biochemia komórkowa oraz biologia molekularna - w skalach złożoności od organizmów tkankowych przez organelle komórkowe do białek i genów. W Instytucie działa 31 laboratoriów, m.in. nowoczesnej Mikroskopii Konfokalnej, Cytometrii Przepływowej i Skaningowej, Mikroskopii Elektronowej, Testów Behawioralnych i Elektrofizjologii. Instytut dysponuje nowoczesną aparaturą badawczą i zmodernizowaną zwierzętarnią, pozwalającą na hodowlę zwierząt laboratoryjnych, także transgenicznych, według najwyższych standardów. Poziom prac eksperymentalnych, publikacje i silne związki z nauką światową plasują Instytut wśród wiodących placówek biologicznych Europy.