Az SZBK kutatói elsőként alakítottak zenét oszcilláló transz-membrán potenciállá, és sikeresen mutatták ki annak egy natív enzim aktivitására gyakorolt hatását

Hírek

Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) Biofizikai Intézete Membrán Biofizika csoportjának kutatói a szakirodalom első ilyen kísérletében 18 különböző műfajú zenei klipből és zajból generáltak oszcilláló elektromos mezőt (AC-mező), és ennek hatását mérték az élesztő vakuólum membránján keresztül protont pumpáló adenozin-trifoszfát (ATP) hidroláz (V-ATPáz) működésére. A kísérlet során a forgó enzim aktivitásában tapasztalt lényeges különbség a leginkább stimuláló és gátló, muzikálisan oszcilláló elektromos térben példátlan. A kutatók azt találták, hogy az enzimműködés befolyásolása szempontjából leghatékonyabb zenei klipek domináns frekvenciái harmonikus viszonyban vannak egymással és az enzim becsült forgási frekvenciájával. Az elvégzett mérések alapján a szakemberek arra a következtetésre jutottak, hogy az AC-mező befolyásolja a periodikus transzmembrán töltésmozgásokat a működő enzimben. A maga nemében egyedülálló kísérlet eredményeiről szóló publikáció a Frontiers in Molecular Biosciences című tekintélyes nemzetközi folyóiratban jelent meg.

A zenének a tudat nélküli élő anyagokra gyakorolt hatása régóta a tudományos és általános érdeklődés tárgya. A legtöbb vonatkozó tanulmányban tudat nélküli élőlények vagy biomolekulák zenét „hallgatnak” a levegőből, és a kutatók arról számoltak be, hogy a megfigyelt hatások, amikor egyáltalán voltak ilyenek, jellemzően kis méretűek és közvetettek. A mostani kutatás egyik célja ezért egy a zenéből származó, de a nyomástól eltérő időfüggő fizikai mennyiség biokémiai hatásának megfigyelése volt. Az SZBK kutatói egyedülálló megközelítést alkalmazva a zenét váltakozó árammá (AC), azt pedig oszcilláló elektromos mezővé alakították át elektródák segítségével, és megmérték az enzimre gyakorolt hatását. „A V-ATPáz optimális választás volt, mert számos életfolyamatban kulcsszerepet játszik, és egy az ATP-t hidrolizáló forgómechanizmus szerint működik, amely periodikus töltésmozgásokkal jár együtt. Ezenkívül több évtizedes tapasztalattal rendelkezünk a V-ATPázzal kapcsolatban” – magyarázta a kutatócsoport vezetője, Páli Tibor.

Ismeretes, hogy a biomembránokba ágyazott enzimek aktivitása még gyenge AC-mező hatására is megváltozhat, mert azt egy zárt membránszerkezet felerősíti. Az ilyen vizsgálatokban eddig szinte kizárólag szinuszos hullámformát alkalmaztak, és a hatás az úgynevezett elektro-konformációs csatoláson alapult. Egy korábbi, úttörőnek számító kutatásuk alkalmával a Membrán Biofizika csoport munkatársai szinuszos váltakozó áramú mező V-ATPázon való alkalmazásával felfedezték az enzim új, rezonanciaszerű frekvenciaválaszát, ami lehetővé tette a forgási frekvencia közvetlen meghatározását natív V-ATPázban. Az akkori kísérletek eredményeiről szóló tanulmány 2017-ben a Scientific Reportsban jelent meg. A tiszta szinuszos vagy bármilyen más szabályos hullámformával való oszcilláció azonban szinte soha nem fordul elő élő sejtekben, illetve általában a természetben. „A második célunk ezért annak vizsgálata volt, hogy egy összetett, nem szabályos, széles és változó frekvenciaspektrumú AC-mező képes-e befolyásolni az enzimaktivitást. Bár zenei elektromos rezgések sincsenek jelen élő sejtekben, kivéve néhány, a hallással kapcsolatos sejttípust, ezek a jelek nagyon jól megfelelnek a fenti követelményeknek” – mutatott rá a vezető kutató.

Amint az várható volt, a mostani kutatás során a szakemberek nem találtak bizonyítékot arra, hogy a V-ATPáz bármilyen zenei preferenciával rendelkezne a műfajok vagy az előadók tekintetében. Az enzim azonban jelentős érzékenységgel bír az AC-jelek bizonyos spektrális jellemzőire, és egyértelmű preferencia-sorrendet mutat a kiválasztott zenei klipek tekintetében. A zenei jelek analízise során a kutatók olyan domináns frekvenciákat azonosítottak, amelyek tökéletes összhangban vannak a „stimuláló és gátló zenei hangnemekkel”. Ezen frekvenciák, valamint a V-ATPáz forgási frekvenciájának – és annak felhangjainak – a spektrális intenzitása meggyőzően magas korrelációt mutat a zenei eredetű AC-mező ATPáz-aktivitásra gyakorolt hatásával.

„Az enzim megfigyelt zenei preferencia-sorrendjének általánosítását és nem tudományos kontextusban való felhasználását semmiképpen nem javasoljuk” – figyelmeztetett Páli Tibor. „Először is, mivel bármely membrántranszporter aktivitása számos fizikai-kémiai változótól függ, a megfigyelt enzimaktivitások csak a tanulmányban meghatározott, jól kontrollált körülmények között érvényesek. Más körülmények minden bizonnyal eltérő fajlagos aktivitást, ezért eltérő stimulálás-gátlás sorrendet eredményeznének a zenei klipek között. Másodszor, a gerjesztő jelek a jelen mérésekben egyszer sem jelentek meg akusztikus zene formájában, és a zeneileg oszcilláló AC-mező alkalmazása – amely töltésekre hat – nagyban különbözik nyomáshullámoknak az élő anyagokra gyakorolt hatásától. Harmadszor, bár a nyomás- és mechanikai hullámok oszcilláló transzmembrán potenciálokká alakulhatnak organizmusokban – ez a hallószervekben meg is történik –, nem tudunk olyan kísérletről, amelyben akusztikus hullámokból keletkezett volna makroszkopikus elektromos mező egy biomolekuláris rendszerben, amit ebben a tanulmányban elektródák segítségével értünk el.”

„Fő következtetésünk az, hogy a membránhoz kötött enzimek periodikus töltésmozgásokkal járó működésére a transzmembrán potenciál összetett, akár véletlenszerű lokális rezgései is hatással lehetnek. Ez az új jelenség további úttörő kutatást igényel” – foglalta össze Páli Tibor, aki azt is elmondta, hogy kutatásaik jelenleg a V-ATPáz szabályozására irányulnak, és tehetséges fiatal kutatókat keresnek, akik spektroszkópiai technikák alkalmazásával hozzá tudnak járulni ennek az összetett enzimnek a tanulmányozásához.

Az oszcilláló transzmembrán elektromos mező párhuzamos a V-ATPázban történő protontranszfer eredővektorának irányával