15 ноября 2019, пятница, 23:48
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

27 апреля 2017, 16:12

Российские ученые предложили механизм свечения грибов

Сотрудники Института биоорганической химии РАН (ИБХ РАН), Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН (ИБФ СО РАН) и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н. И. Пирогова совместно с коллегами из Бразилии и Японии приблизились к разгадке механизма свечения грибов, сообщает совместный пресс-релиз ИБХ РАН и ИБФ СО РАН. Они установили структуру молекулы оксилюциферина – продукта реакции свечения – из грибов, а также синтезировали несколько искусственных аналогов люциферина, которые испускают свет разных цветов. Работа поддержана грантом РНФ, а её результаты опубликованы в журнале Science Advances.

«Известно, что бактерии, черви, грибы и множество морских организмов могут излучать свет. Это явление вызывало интерес ещё у Аристотеля, – говорит Илья Ямпольский, доктор химических наук, руководитель Группы синтеза природных соединений ИБХ РАН. – Но только в XX веке учёные выяснили, что само выделение света происходит благодаря молекуле люциферина, латинское название которой означает «несущий свет». В биолюминесцентной реакции эта молекула окисляется кислородом воздуха, а ускоряет процесс окисления фермент люцифераза. Этот белок-катализатор помогает люциферину превратиться в оксилюциферин, который в итоге испускает свет».

Фото: Архив Института биофизики СО РАН

История расшифровки структур природных люциферинов длится более 60 лет. К 1989 году были известны молекулы только семи светоизлучающих биологических пигментов. Прошло 25 лет, прежде чем учёные смогли расшифровать структуру нового люциферина. Сделала это группа учёных Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН и Института биофизики Сибирского отделения (ИБФ) РАН под руководством Ильи Ямпольского. Благодаря им в 2014 году «восьмой формулой света» стал биологический пигмент из сибирского почвенного червя Fridericia heliota, а в 2015 году список пополнился девятой формулой – люциферином грибов.

В новом исследовании эта же команда расшифровала структуру оксилюциферина грибов и провела синтез аналогов люциферина. Для получения продукта реакции биолюминесценции полученный в лаборатории люциферин смешивали с природным экстрактом люциферазы из светящихся грибов Neonotopanus nambi, которые собрали в лесах Вьетнама, а затем полученную смесь продуктов разделяли.

Механизм свечения считается расшифрованным, когда известны все участники этого сложного процесса: молекула-предшественник, ускоряющий биолюминесцентную реакцию фермент и молекула-продукт реакции. Для того чтобы определить структуру оксилюциферина, который образуется в ходе грибного свечения, учёным нужно было наработать большое количество этого продукта. Однако оксилюциферин оказался очень «капризным», нестабильным веществом, что осложняло его накопление.

«Перед нами, кроме всего прочего, стояла задача провести биолюминесцентную реакцию и найти условия, когда продукт будет сохраняться относительно долго. Такие условия мы подобрали, но даже законсервированный оксилюцефирин распадался – до Москвы доезжала лишь малая часть. Для определения общих характеристик молекулы его еще хватало, а вот для структурных исследований нет. Тогда московские коллеги, работающие на ЯМР-спектрометре, исследовали вещества, получающиеся при распаде молекулы, восстановили исходную структуру оксилюциферина и сравнили свойства полученной молекулы со свойствами оригинала. Совпадение доказало, что мы определили структуру последнего звена в реакции грибного свечения», – делится подробностями проведённой работы кандидат биологических наук, сотрудник ИБФ СО РАН Константин Пуртов.

Работа выполнялась при активном сотрудничестве с бразильскими коллегами. Благодаря уникальным экспериментам в атмосфере меченого кислорода (18О2) удалось не только подтвердить структуру продукта реакции, но и предложить механизм того, как именно люциферин грибов превращается в испускающую свет молекулу.

Илл.: Снежана Мажекенова/ИБХ РАН, ИБФ СО РАН

Промежуточным, но перспективным результатом исследования стали модифицированные молекулы люциферина, которые позволяют получить свечение разного цвета. «Теперь у нас есть «цветные грибы», – шутят участники исследования. Оказалось, что в грибной биолюминесценции спектр свечения зависит от структуры субстрата. Московские химики синтезировали различные структурные аналоги  люциферина, исследуя возможности реакции биолюминесценции грибов. В результате учёные получили целый ряд аналогов люциферина, обеспечивающих свечение почти всех цветов радуги.

«Люциферин грибов состоит из двух важных фрагментов (пираноновый и ароматический циклы). Мы решили посмотреть, будет ли молекула «светиться», если изменить один из фрагментов. Оказалось, что из шести синтезированных аналогов люциферина пять остались активными с экстрактом люциферазы, и светились разными цветами. Так мы, во-первых, подтвердили открытый нами механизм реакции, а во-вторых, продвинулись в понимании того, как можно этим процессом управлять», – рассказывает Зинаида Осипова, кандидат химических наук, научный сотрудник Группы синтеза природных соединений ИБХ РАН.

Кроме того, в ходе исследования авторы статьи получили данные, подтверждающие гипотезу о едином механизме биолюминесценции грибов. Важно, что основа механизма свечения грибов – такая распространённая молекула, как кофейная кислота, участвующая в метаболизме не только грибов, но и растений. Возможно, что в недалёком будущем именно биолюминесцентную систему грибов будут использовать для создания светящихся деревьев. Кофейная кислота есть у всех растений. Осталось только добавить несколько генов для синтеза ферментов реакции биолюминесценции, и тогда они засветятся.

Изучение биолюминесцентных организмов имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Расшифровка системы свечения грибов, получение аналогов люциферина разной структуры, а значит, тест-систем разного цвета, может быть использовано в экологии для наблюдения за качеством окружающей среды или в медицине для проведения клинических анализов и поиска лекарств.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.