Випробований секрет вже сибірським черв'яком

Дециферовано структуру нового мастила, компонента біолюмінесцентної системи м’яких черв’яків, що мешкають в тайзі. Це восьмий відомий luciferin. Його структура дециферувала дослідниками Інституту біоорганічної хімії російської академії наук (Москва) та Інституту біофізики Сибірської філії російської академії наук (Красноярськ). Відкриття «високої формули світла», а також дослідження люциферази фридеричної геліоти черв’яки і особливостей функціонування нової системи біолюмінесцентної системи, наблизити вчених ближче до розуміння механізмів ефективного перетворення енергії хімічних зв’язків у кванту світла. Шлях до дешифрування восьмикутної формули світла була складною і нетривіальною. Результати дослідження були опубліковані в престижному науковому журналі Angewandte Chemie.

Біолюмінесценція є феноменом легкої емісії живими організмами. Наприклад, буряки (вогонь), бактерії, корали, медузи, шкаралупи, черв'яки, гриби, рибу та інші організми світяться. Формування легкої кванти відбувається через хімічну реакцію окислення невеликої органічної молекули - luciferin - під дією окислювача (повітряного кисню) і спеціального ферменту - luciferase. До цієї роботи були відомі лише сім природних мастильних споруд, останні з яких було розшифровано понад чверть століття тому.

Явище біолюмінесценції отримала широке практичне застосування. Природоохоронці використовують його для моніторингу навколишнього середовища, в медицині та фармацевтиці, біолюмінесценції використовуються для клінічних досліджень та в тест-системах для виявлення препарату. В біохімічній галузі біолюмінесценція використовується для візуалізації фізіологічних процесів, що відбуваються в клітинах і цілих організмах, а також для визначення різних знеболюючих речовин, в першу чергу ATP. У генетичних інженерних дослідженнях найбільш надійний метод «дивитись» роботу білка до «свербіжної» люциферази до неї і додати люциферину до клітин.

У 1990 році співробітники Інституту біофізики СБ РАН Валентин Петрушков та Наталія Родіонова відкрився в тайзі в безпосередній близькості від Красноярського нового виду зернових черв’яків, які отримали зоологічну назву Фрідеріку геліота. Це дрібні ґрунтові черв'яки (вага тіла не перевищує 2 мг), які у відповідь на механічне роздратування виділяють сину-зелене світло.

У 2000 р. проведено перші дослідження властивостей нової біолюмінесцентної системи: її компоненти - люциферін і люцифераза. Для отримання необхідної кількості біоматеріалу необхідно вручну вибрати з грунту і обробити кілька сотень тисяч черв'яків!

У 2011 році за підтримки Уряду Російської Федерації запрошують роботу «мегарант». Проект очолює видатний вчений, який вивчав феномен біолюмінесценції протягом багатьох років - лауреат Нобелівської премії Osamu Shimomura. На даному етапі команда працівників Інституту біоорганічної хімії російської академії наук з Москви – група для синтезу природних сполук під керівництвом Ілля Ямпільського, а також співробітників лабораторії біомолекулярної спектроскопії НМР Максим Дубинний та Кирила Надеждін до роботи.

У 2013 році спільні зусилля фахівців органічного синтезу та спектроскопії ядерного магнітного резонансу (НМР) створили структуру нового мастила, використовуючи рекордну невелику кількість матерії (тільки 5 мікрограм – це те, скільки було виділено з біомаси черв’яків, зібраних протягом декількох років). Виявилося, що luciferin є незвичайним пептидом «запалений» від залишків амінокислотного лізину, незвичайної похідної амінокислотного тирозину, а також оксалічних і гамма-амінобутиринових кислот. Запропонована структура була підтверджена повним синтезом: синтетичний luciferin був абсолютно ідентичний ізольованим черв'якам.

Відкритий luciferin Friericia heliota має шанс зайняти свою нішу в області застосування біолюмінесценції: це простий в хімічній синтезі, надзвичайно стійкий (зберігає свою активність протягом місяця в розчині), а, на відміну від люциферинних бактерій, нетоксичний.

Вперше російські вчені здійснили відкриття в біолюмінесценції світу, області, де є люлька для виявлення нових напрямків досліджень протягом останніх 25 років. Прорив досягається завдяки грантовій підтримці, яка надала не тільки фінансування на роботу, а й співпраці вчених різних спеціальностей в єдиній тимчасовій команді. Дециферування структури нового мастила є відмінним результатом нашої групи. Але це не кінець дослідження, але тільки початок величезної праці, тепер в конкурентному середовищі, сказав Ілля Ямпільський, менеджер проекту.

Основним напрямком подальших досліджень команди є створення амінокислотної послідовності та рекомбінантного виробництва нової люциферази Ф. геліота, ферменту, який каталізує реакцію біолюмінесцентності. Також планується встановити шлях біосинтезу люциферину, щоб ізолювати всі ферменти, відповідальні за це і гени, кодуючи їх. У довгостроковій перспективі це дозволить перенести біолюмінесценцію від глистів до іншого екуаріотичного організму.



Джерело: nkj.ru