​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.

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 построены именно на этом принципе. Таким образом, исследования люциферазы Odontosyllis umdecimdonta носит скорее фундаментальный характер.

Похожие новости

  • 27/03/2018

    Российские ученые нашли причину неэффективности вакцины от гриппа

    Исследователи из Института биоорганической химии (ИБХ) РАН показали, что различные варианты вакцины против вирусов сезонного гриппа фактически не увеличивают число разных типов Т-клеточных рецепторов (ТКР), а значит и не повышают шанс распознавания вирусов гриппа иммунной системой организма.
    360
  • 11/05/2018

    Российские ученые улучшат препараты для генной терапии

    ​Российские молекулярные биологи разработали новую технологию ввода в клетки генной терапии, изучив, как миниатюрные жировые капсулы взаимодействуют с нитями ДНК. Рецепт по сборке наношприца опубликован в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
    235
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    192
  • 12/04/2018

    Найден простой способ создания препарата для разжижения крови

    ​Российские химики придумали, как простым и экологически чистым способом синтезировать нужную форму лекарства, необходимого для разжижения крови. Новый метод поможет избежать опасных передозировок, а также перспективен для синтеза других лекарственных препаратов.
    347
  • 05/04/2017

    Байкальские водоросли вошли в крупнейшую коллекцию живых водорослей и в банк геномной ДНК

    ​Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН совместно с коллегами из США создали одну из крупнейших коллекций разнообразных культур живых водорослей и банк геномной ДНК, содержащий более двух тысяч образцов, которые могут использоваться для поиска организмов, необходимых в биотехнологии и создании биотоплива.
    1279
  • 29/05/2018

    МикроРНК поможет ученым диагностировать рак яичников

    ​Группа ученых из Научно-исследовательского института общей патологии и патофизиологии во главе с профессором Элеонорой Брагой разработала новый способ диагностики рака яичников на основе микроРНК – маленьких молекул, участвующих в подавлении активности генов.
    154
  • 30/03/2018

    Трехпетельные белки млекопитающих замедлили рост раковых клеток

    Российские ученые обнаружили, что белки человека SLURP способны подавлять рост раковых клеток. Эти белки регулируют функционирование эпителия, однако механизм их действия не до конца ясен. Полученные результаты в будущем могут быть использованы для разработки и улучшения противораковых препаратов.
    226
  • 28/04/2018

    Светящиеся биосенсоры позволили регистрировать разные показатели в организме

    ​Российские биохимики рассмотрели возможности биологических сенсоров на основе флуоресцентных белков и показали, какие биохимические параметры в живом организме можно измерить с их помощью.  В частности, разработанный подход позволяет почти мгновенно получать данные с самых ранних стадий развития ишемического инсульта у крыс.
    247
  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    144
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    192