Melanin se proizvodi unutar posebnih struktura koje se nazivaju melanosomi. Melanozomi se nalaze u pigmentnim ćelijama koje proizvode melanin i koje se nazivaju melanociti. Iako svi ljudi imaju isti broj melanocita, količina melanina koju proizvode se razlikuje i dovodi do varijacija u boji ljudske kože.
„Da bismo razumeli šta zapravo uzrokuje proizvodnju različitih količina melanina, koristili smo tehnologiju zvanu CRISPR-Cas9 za genetski inženjering ćelija“, rekao je Bajpai. „Koristeći CRISPR, sistematski smo uklonili više od 20.000 gena iz stotina miliona melanocita i posmatrali uticaj na proizvodnju melanina.“
Da bi se identifikovalo koji geni utiču na proizvodnju melanina, ćelije koje su izgubile melanin tokom procesa uklanjanja gena trebale su da se odvoje od miliona drugih ćelija koje nisu. Koristeći in vitro ćelijske kulture, Bajpai je razvio novi metod za postizanje ovog cilja koji otkriva i kvantifikuje aktivnost melanocita koji proizvode melanin. Prolazeći svetlost kroz melanocite, mogao je da zabeleži da li je svetlost apsorbovana ili rasejana melaninom iznutra.
„Ako postoji mnogo melanozoma koji proizvode melanin, svetlost će se raspršiti mnogo više nego u ćelijama sa malo melanina“, rekao je Bajpai. „Koristeći proces koji se zove side-scatter protočne citometrije, uspeli smo da odvojimo ćelije sa više ili manje melanina. Ove odvojene ćelije su zatim analizirane da bi se utvrdio identitet gena koji modifikuju melanin. Identifikovali smo i nove i ranije poznate gene koji igraju važne uloge u regulisanju proizvodnje melanina kod ljudi.“
Istraživači su pronašli 169 funkcionalno različitih gena koji su uticali na proizvodnju melanina. Od toga, 135 nije ranije bilo povezano sa pigmentacijom. Oni su dalje identifikovali funkciju dva novootkrivena gena: KLF6 i COMMD3. Protein KLF6 koji vezuje DNK doveo je do gubitka proizvodnje melanina kod ljudi i životinja, potvrđujući ulogu koju KLF6 igra u proizvodnji melanina i kod drugih vrsta. COMMD3 protein je regulisao sintezu melanina kontrolišući kiselost melanozoma.
Istorijski gledano, tamnija pigmentacija je bila potrebna za zaštitu od ultraljubičastog zračenja u područjima bliže ekvatoru i za ljude koji provode sate na direktnoj sunčevoj svetlosti. Kako su se ljudi preselili u područja sa manje direktne sunčeve svetlosti ili manje sati dnevnog svetla, bilo je potrebno manje melanina. Vremenom je to rezultiralo melanosomima koji su proizvodili manje melanina, apsorbujući tako više sunčeve svetlosti.
„Razumevanjem šta reguliše melanin, možemo pomoći u zaštiti ljudi svetlije puti od melanoma ili raka kože“, rekao je Bajpai. „Ciljanjem ovih novih gena za melanin, mogli bismo razviti i lekove koji modifikuju melanin za vitiligo i druge bolesti pigmentacije.“
Tehnološki procesi koje je razvio i koristio istraživački tim takođe bi se mogli primeniti za identifikaciju gena koji regulišu proizvodnju melanina u gljivama i bakterijama. Proizvodnja melanina u gljivama i bakterijama omogućava im da budu patogeniji za ljude ili useve. Istraživači bi mogli da razviju efikasne intervencije protiv ovih mikroba i njihovih bolesti otkrivanjem i ciljanjem takvih gena koji proizvode melanin.
Bajpaijeva uloga u studiji je završena tokom njegovog profesora na Univerzitetu Oklahoma. Međutim, deo ovog istraživanja odvijao se tokom njegovog postdoktorskog istraživačkog rada na Univerzitetu Stanford.
Članak „Genetski ekran na nivou genoma otkriva determinante ljudske pigmentacije“ objavljen je u časopisu Science.
