Новости

31 мая, 2018 10:59

Российские ученые выделили новое вещество из японского светящегося червя

Источник: ТАСС - Чердак
Ученые из Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова совместно с японскими и американскими коллегами выделили и охарактеризовали вещества, позволяющие морскому многощетинковому кольчатому червю Odontosyllis umdecimdonta светиться — биолюминесцировать. При этом они не обнаружили аналогов люциферазы (фермента, обеспечивающего свечение) данного червя среди белков других живых существ аналогичного назначения. Также у этого вещества обнаружилось несколько необычных свойств. С препринтом научной статьи можно ознакомиться на сайте biorXiv, также она принята к публикации в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications. Работа поддержана грантом РНФ.
Источник: D.T. Schultz et al./ Biorxiv, 2018

Обитающий в водах Японии кольчатый червь Odontosyllis umdecimdonta относится к роду Odontosyllis, чьи представители устраивают красочные демонстрации биолюминесценции во время брачных игр. Известно, что свечение им, как и многим способным к биолюминесценции организмам, обеспечивает система из люциферина и люциферазы. Люциферины — это небольшие молекулы, способные легко отдавать электроны, т. е. окисляться. Окисление люциферинов осуществляется благодаря работе люцифераз. Люциферины и кислород связываются с этими ферментами и присоединяются друг к другу на их поверхности. В ряде случаев для этого требуются дополнительные вещества — кофакторы, например ионы магния.

Существует несколько классов люциферинов и люцифераз, но к каким из них относятся «светящиеся вещества» Odontosyllis, до сих пор не было известно. Не был понятен и механизм их реакций друг с другом. Поэтому авторы статьи, среди которых есть ведущие мировые специалисты по биолюминесценции, выделили люциферин и люциферазу из Odontosyllis umdecimdonta. Для этого они выловили несколько особей этого вида в бухте Тояма после захода солнца 6 октября 2016 года, приманив червей фонариком, поднесенным к поверхности воды. Дата не случайна: брачные демонстрации Odontosyllis umdecimdonta устраивают всегда в первое новолуние октября.

Тела пойманных червей лиофилизировали (высушили) и из полученного материала выделили ДНК и РНК. В них нашли четыре участка, предположительно кодирующие люциферазу, и определили последовательности нуклеотидов в них. Далее их по одному вводили в культуры клеток эмбриональной почки человека HEK293NT и через некоторое время проверяли: вытяжка (лизат) из каких клеток будет светиться. На основе этой информации ученые установили, какой из четырех генов-кандидатов кодирует соответствующую люциферазу. Сам фермент выделили из тканей Odontosyllis umdecimdonta вместе с другими белками и очистили, используя ионообменную хроматографию и электрофорез в полиакриламидном геле.

На следующем этапе работы in vitro, то есть вне живых клеток, провели реакцию окисления люциферина этого кольчатого червя кислородом с помощью ранее выделенной люциферазы. В ряде случаев в пробирку добавляли различные кофакторы, в том числе уже упомянутые выше ионы магния, и измеряли изменение скорости реакции при повышении и понижении их концентрации. Так ученые устанавливали, нужны ли исследуемые кофакторы червю Odontosyllis umdecimdonta для свечения.

Выяснилось, что молекула люциферазы японского морского червя состоит из 329 аминокислот. Последовательность нуклеотидов в кодирующем ее гене такова, что она не соответствует ни одной из уже известных для генов люцифераз. Таким образом, «фермент свечения» Odontosyllis umdecimdonta необходимо выделить в собственную группу. По-видимому, люцифераза этих многощетинковых червей возникла независимо от люцифераз родственных им организмов. Для ее реакции с люциферином и кислородом in vitro не требовалось никаких кофакторов, в том числе и магния, хотя авторы предыдущих работ предполагали, что Odontosyllis umdecimdonta для свечения нужны ионы этого металла.

К сожалению, «выращивание» люциферазы в клетках HEK293NT показало, что этот белок не проходит через их мембраны. Это означает, что использовать его как инструмент для различных биологических исследований будет неудобно. Обычно светящиеся белки выделяются клетками наружу и способны перемещаться вне их. К генам таких ферментов можно добавить последовательности нуклеотидов, кодирующие исследуемые молекулы, и по интенсивности свечения этих белков и местам его проявления определять, что происходит с ними. Большинство исследований с применением зеленого флуоресцентного белка (GFP) и близких к нему по свойствам молекул построено именно на этом принципе. Таким образом, исследования люциферазы Odontosyllis umdecimdonta носят скорее фундаментальный характер.

20 февраля, 2024
Марганцевый катализатор поможет производить силиконы для медицины под действием солнечного света
Ученые выяснили, что синтезировать силиконы можно при комнатной температуре и солнечном свете с помо...
20 февраля, 2024
Математики ЮУрГУ научили компьютер ранжировать валютные депозиты и корректировать портфель акций
Доцент кафедры математического обеспечения информационных технологий ЮУрГУ Константин Кудрявцев...