​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

  • 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.
    271
  • 20/11/2018

    Ученые установили, что набеги насекомых остаются в памяти деревьев

    Оригинальный способ предсказания будущих атак вредителей растений разработан учеными Института проблем экологии и эволюции РАН Булатом Хасановым и Робертом Сандлерским. Они предложили оценивать число вредителей по структуре древесины.
    116
  • 18/12/2018

    У пациентов с болезнью Бехтерева и псориатическим артритом обнаружен индивидуальный набор иммунных клеток

    Ученые выяснили, что в очагах воспаления при псориатическом артрите и болезни Бехтерева скапливается в основном индивидуальный для каждого пациента набор иммунных клеток. Это удалось узнать благодаря впервые проведенному исследованию Т-клеток пациентов.
    39
  • 29/10/2018

    Биологи из России научились предсказывать нашествия вредителей

    ​Российские ученые выяснили, как можно "прочитать" историю борьбы отдельных растений с вредителями и предсказать будущие атаки насекомых, анализируя структуру их древесины. Их выводы были представлены в журнале Dendrochronologia.
    154
  • 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.
    1684
  • 20/08/2018

    Ученые установили, что на результат химиотерапии влияет процесс разрушения митохондрий

    ​Программируемое разрушение митохондрий, «энергетических станций» клеток, пределяет ответ опухолевых клеток на химиотерапию. Также этот процесс влияет на различные виды гибели клеток, такие как апоптоз и аутофагия.
    350
  • 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.
    642
  • 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.
    392
  • 30/11/2018

    ​Конгресс «Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания»

    ​Конгресс «Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания» в третий раз объединил ведущих российских и зарубежных ученых и клиницистов, которые представили передовые подходы в области изучения и лечения аутоиммунных и иммунодефицитных заболеваний.
    454
  • 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.
    408