Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • vsh25
  • mmif-2019
  • Vitacoin

Девятая формула света

Антон Чугунов, ИБХ РАН 

Призрачное свечение в чаще ночного леса привлекало внимание людей еще в древности. Первые описания этого явления приведены в трудах Аристотеля и Плиния. В начале XIX века выяснилось, что причиной свечения древесины является грибной мицелий. С тех пор накопился большой список различных видов грибов, излучающих свет на разных стадиях своего развития. Более ста лет ученые разных стран пытались разгадать загадку грибного свечения. Однако раз за разом все попытки выделить компоненты, участвующие в биолюминесценции, и понять механизм этого процесса терпели крах. Нобелевский лауреат Осаму Шимомура во время своего визита в Красноярск так говорил об этом: «Очень тяжело получать результаты, это упорный труд, который занимает много времени. В Японии и Соединенных Штатах те, кто встречается с такими трудностями, как правило, находят более легкие пути. Я несколько раз предлагал проводить исследования грибов в Японии, и мне отказывали. Это очень интересная тема, но слишком сложная. В природе есть три вида биолюминесценции: первая – люциферин-люциферазная система, вторая – система фотобелков, и третья... до сих пор не изученная. Фундаментально новые вещи делать всегда сложно. Меня в первую очередь заинтересовали российские исследования люминесценции грибов и червей. Я полагаю, те, кто исследуют свечение червей, смогут определить структуру их люциферина, и я надеюсь на существенный прогресс в понимании механизмов свечения грибов.»[1]. 

Та же команда, которая недавно расшифровала люциферин Fridericia heliota, ставший «восьмой формулой света», приступила к исследованию светящихся грибов [2]. В результате объединенными усилиями нескольких лабораторий (Лаб. фотобиологии и Лаб. нанобиотехнологии и биолюминесценции Института биофизики СО РАН (Красноярск), Группа Синтеза природных соединений ИБХ РАН (Москва)) был совершен прорыв в теме грибной биолюминесценции. Установлены структура нового уникального люциферина – 3-гидроксигиспидина и путь его биосинтеза из прекурсора, а также получены данные, подтверждающие единый биохимический механизм грибной биолюминесценции. Результаты исследований опубликованы в журнале Angewandte Chemie Int. Ed. [3]

Как же ученым удалось выделить «неуловимый» люциферин? Схема грибной биолюминесценции предполагает образование люциферина из некоего предшественника. В ходе работы было выяснено, что прекурсор люциферина синтезируется также и в несветящихся грибах, причем в количестве в 100 раз большем, чем в светящихся. Поэтому выделять предлюциферин стали именно из несветящихся грибов. Применение простой процедуры вымачивания мицелия в воде позволило увеличить концентрацию предлюциферина и фермента, преобразующего его в люциферин, в сотни раз. А разрушение мицелия грибов ультразвуком резко увеличило эффективность экстрагирования биолюминесцентной ферментной системы в раствор. Применение этих приемов и привело в конечном итоге к успеху.

C помощью ВЭЖХ из экстракта грибов Pholiota squarrosa получили 6 веществ, структуры которых были затем определены стандартными методами. Проявившее наибольшую активность в биолюминесцентных тестах, оказалось известным природным соединением – гиспидином. Группа Юичи Оба (Yuichi Oba) из Университета Нагойя (Япония) подтвердили, что гиспидин является универсальным предшественником люциферина и в других грибах.


Рис. 1. Хроматограмма грибного экстракта, структуры выделенных веществ и их люминесцентная активность.

Отметим интересный факт, что в 1998 году в личном сообщении Осаму Шимомуре его коллега Хидеши Накамура (Hideshi Nakamura) высказал предположение о содержании в структуре вероятных предшественников люциферина общего фрагмента – кофеиновой кислоты, то есть был в шаге от обнаружения гиспидина [4]. 

Дальнейшие эксперименты показали, что фермент, преобразующий гиспидин в люциферин, оказался не редуктазой, как предполагалось ранее, а гидроксилазой. Выделив этот фермент, удалось получить и сам грибной люциферин и затем установить его структуру. Таким образом, схема грибной биолюминесценции включает два субстрата: предлюциферин (гиспидин) и люциферин (3-гидроксигиспидин) - и два фермента: гидроксилаза преобразует предлюциферин в люциферин, а люцифераза окисляет его с испусканием кванта света. 


Рис. 2. Схема грибной биолюминесценции.

Так была раскрыта тайна грибной люминесценции, будоражившая умы многих ученых. Слова Осаму Шимомура оказались пророческими. Описана новая биолюминесцентная система и грибной люциферин стал девятым в мировом списке. Грибной люциферин еще найдет свое применение в биоимиджинге и других областях прикладной биолюминесценции.

Литература:
  1. «Химия и Жизнь», 2012, №7
  2. Petushkov et al., A novel type of luciferin from Siberian luminous earthworm Fridericia heliota: structure elucidation by spectral studies and total synthesis. Angewandte Chemie International Edition. 2014, 53, 22, 5566–5568. DOI: 10.1002/anie.201400529
  3. Purtov et al., The chemical basis of fungal bioluminescence. Angewandte Chemie International Edition. 2015, 54, DOI: 10.1002/anie.201501779 
  4. O. Shimomura, Bioluminescence: Chemical Principles and Methods, World Scientific Publishing, Singapore, 2006.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
13.07.2015

Читать статьи по темам:

биомолекулы наука в России Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Сибирские ученые открыли самую маленькую в мире люциферазу

Ученые Института биофизики СО РАН (Красноярск) выделили из морского планктонного рачка Metridia longa самую маленькую в мире молекулу люциферазы – фермента, вызывающего свечение у многих видов животных.

читать

Восьмая формула света

Ученые из Москвы и Красноярска впервые за последние 25 лет расшифровали структуру нового люциферина – ключевого компонента новой АТФ-зависимой биолюминесцентной системы. Это теперь уже восьмой известный науке люциферин.

читать

Биотехнология в России: было бы желание…

Как создать свою биотехкомпанию в России и каковы особенности внедрения научных разработок здесь и в США, рассказал знаменитый биолог Сергей Лукьянов.

читать

Наноприз размером в три миллиона

Академик РАН Сергей Лукьянов получит премию Rusnanoprize за методику получения разноцветных флуоресцентных белков. Но все равно за державу обидно: лауреатом премии за коммерциализацию его разработок стала американская компания.

читать

Биолюминесцентные биотехнологии в Сибири – в надёжных руках

Осаму Шимомура, впервые получивший зеленый флуоресцентный белок (GFP), начал руководство проектом по исследованию биолюминесцентных биотехнологий в Сибирском федеральном университете.

читать