Разгадана тайна свечения сибирских червей

Расшифрована структура нового люциферина, компонента биолюминесцентной совокупности светящихся червей, обитающих в тайге в окрестностях Красноярска.

Это уже восьмой узнаваемый науке люциферин. Его структуру сумели расшифровать исследователи из Университета биоорганической химии РАН (Москва) и Университета биофизики Сибирского отделения РАН (Красноярск).  Открытие «восьмой формулы света», и начавшееся изучение люциферазы червя Fridericia heliota и изюминок функционирования новой биолюминесцентной совокупности приближают ученых к пониманию механизмов действенного преобразования энергии химических связей в кванты света.

Путь к расшифровке «восьмой формулы света» был сложным и нетривиальным. Данные исследований размещены в респектабельном научном издании  Angewandte Chemie.

Свечение червя Fridericia heliota и строение нового люциферина.

Биолюминесценция – явление излучения света живыми организмами. Светятся, к примеру, жуки (светлячки), бактерии, кораллы, медузы, моллюски, черви, грибы, рыбы и другие организмы. Образование квантов света происходит благодаря химической реакции окисления маленькой органической молекулы – люциферина – под действием окислителя (кислород воздуха) и особенного фермента – люциферазы.

До настоящей работы были известны структуры лишь семи природных люциферинов, последняя из которых была расшифрована более четверти века назад.

Явление биолюминесценции взяло широкое использование на практике. Экологи применяют его для мониторинга внешней среды, в фармацевтике и медицине биолюминесценцию используют с целью проведения клинических анализов и в тест-совокупностях для поиска лекарств. В химических изучениях биолюминесценция используется для визуализации физиологических процессов, происходящих в целых и клетках организмах, и для определения разных аналитов, прежде всего – АТФ.

В генно-инженерных изучениях самый надежный способ «заметить» работу белка – «пришить» к нему люциферазу и добавить к клеткам люциферин.

В первой половине 90-ых годов XX века сотрудники Университета биофизики СО РАН   Наталья Родионова и Валентин Петушков нашли в тайге в окрестностях Красноярска новый вид светящихся червей, что взял зоологическое наименование Fridericia heliota. Это маленькие почвенные черви (масса тела не превышает 2 мг), каковые в ответ на механическое раздражение излучают голубовато-зеленый свет.

В 2000 годах были совершены первые изучения особенностей новой биолюминесцентной совокупности: выделены ее компоненты – люциферин и люцифераза. Для получения нужного количества биоматериала потребовалось вручную выбрать из земли и обработать пара сотен тысяч червей!

В 2011 году работа приобрела помощь «мегагранта» Правительства РФ. Проект возглавил выдающийся ученый, многие годы изучавший явление биолюминесценции, – нобелевский лауреат Осаму Шимомура. На этом этапе к работе подключился коллектив сотрудников Университета биоорганической химии РАН из Москвы – Несколько синтеза природных соединений под управлением Ильи Ямпольского, и сотрудники Лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии Максим Дубинный и Кирилл Надеждин.

В 2013 году общими усилиями экспертов по спектроскопии и органическому синтезу ядерного магнитного резонанса (ЯМР) была установлена структура нового люциферина, с применением рекордно малого количества вещества (всего 5 микрограмм – как раз столько удалось выделить из биомассы червей, собранной за пара лет). Оказалось, что люциферин представляет собой необыкновенный пептид, «собранный» из остатков аминокислоты лизина, необыкновенного производного аминокислоты тирозина, и щавелевой и гамма-аминомасляной кислот. Предложенная структура была подтверждена полным синтезом: синтетический люциферин был всецело аналогичен выделенному из червей.

Открытый люциферин Friericia heliota имеет шансы занять собственную нишу в области прикладной биолюминесценции: он несложен в химическом синтезе, только стабилен (сохраняет собственную активность в течение месяцев в растворе), и, в отличие от люциферина бактерий, не токсичен.

«В первый раз русские ученые совершили открытие во всемирной биолюминесценции – области, где в течении последних 25 лет наблюдалось затишье в обнаружении новых направлений изучения. Прорыв удалось осуществить благодаря грантовой помощи, обеспечившей не только финансирование работы, но и кооперацию ученых различных профессий в единый временный коллектив. Расшифровка структуры нового люциферина – хороший итог отечественной группы.

Но это не финиш изучения, а только начало огромной напряженной работы, сейчас уже в условиях борьбы», – комментирует начальник проекта Илья Ямпольский.

Главное направление предстоящих изучений коллектива – установление аминокислотной последовательности и рекомбинантная продукция новой люциферазы F. heliota, – фермента, что катализирует реакцию биолюминесценции. Также в планах установить путь синтеза люциферина, выделить все важные за это ферменты и кодирующие их гены. В отдаленной возможности это разрешит перенести биолюминесценцию из червей в второй эукариотический организм.

По данным ИБХ РАН

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

• Как важные гены оказались неважными
• Альтернативные источники освещения – в космос

5 Загадок, Которые Никогда Не Будут Разгаданы

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Дорогу к бессмертию подскажут черви

  Эксперты из университета Ноттингема поделили тело плоского червя на 20 равных частей. Спустя маленькое время из этих клеточных частей выросли 20 клонов…

• Ученые разгадали тайну звездного ветра

  Посредством новых разработок ученые исследуют воздух удаленных умирающих звезд. Команда исследователей под управлением Барнаби Норриса (Barnaby Norris)…

• Разгадана тайна шаровой молнии?

  Несколько австралийских ученых сказала о том, что разгадала обстоятельство происхождения одного из самых загадочных феноменов – шаровой молнии. Шаровая…

• Черви превращают металл в полупроводники

  Черви нужны в огородах и незаменимы для рыбной ловли, но один из их талантов до сих пор оставался скрытым. Ученые поняли, что они смогут создавать…