Forskere afdækker mekanismen for svampeluminescens og skaber selvlysende gær

Russiske forskere med kolleger fra Storbritannien, Spanien, Brasilien, Japan og Østrig har fuldt ud beskrevet mekanismen for svampeluminescens. De rapporterer, at svampe kun bruger fire nøgleenzymer til at producere lys, og at overførsel af disse enzymer til andre organismer gør dem bioluminescerende.

Nogle levende organismer kan lyse på grund af særlige kemiske reaktioner i deres kroppe. Sådanne organismer kaldes bioluminescerende; de omfatter ildfluer, maneter og orme, blandt andre. De bruger denne evne til at tiltrække bytte, skræmme rovdyr væk, kommunikere og skjule sig selv. Forskere har identificeret tusinder af arter af selvlysende organismer og omkring 40 kemiske mekanismer til udsendelse af lys. De fleste af disse mekanismer er kun delvist undersøgt, eller slet ikke studeret.

Afkodning af mekanismen for svampeluminescens blev muliggjort af mange års forudgående forskning på området. I begyndelsen af ​​1800 -tallet, forskere opdagede, at mycelium får rådne træer til at lyse. I 2009, Anderson G. Oliveira og Cassius V. Stevani, medforfattere af dette papir, fastslået, at en enkelt biokemisk mekanisme deles af alle svampe, der udsender lys. I 2015-2017, et team af russiske forskere under ledelse af Ilia Yampolsky gjorde en række vigtige opdagelser. I særdeleshed, holdet bestemte luciferins struktur, molekylet, der udsender lys, når det oxideres.

Mens de gennemførte deres nye undersøgelse, forskerne opdagede et sæt enzymer, der producerer dette molekyle, samt luciferase, et lysemitterende enzym. Forskerne brugte forskellige typer celler til at teste aktiviteten af ​​luciferase, herunder humane kræftceller og kloede frøembryoner. I alle tilfælde, de opnåede positive resultater:Det introducerede gen var aktivt i celler, gør dem lysende ved tilsætning af luciferin

"Hvis du forstår, hvordan et bioluminescerende system fungerer, du kan putte de nødvendige komponenter i et reagensglas og se luminescens. Et vigtigt trin i vores arbejde var at identificere de vigtigste enzymer for svampeluminescens:dem, der katalyserer biosyntese af luciferin og luciferase. Det lykkedes os at bruge en kombination af analytiske metoder, der tillod os at 'adskille' hele systemet i dets komponenter, "siger Konstantin Purtov, stipendiat ved Institut for Biofysik i Krasnoyarsk og en af ​​forskerne på projektet.

Svampeluminescenssystemet viste sig at være overraskende enkelt. Forskere opdagede enzymer, der udfører koffeinsyrecyklussen i svampeceller - en vej til biosyntese af luciferin og emission af lys. Aktiviteten af ​​disse enzymer er nødvendig og tilstrækkelig til, at enhver koffeinsyreproducerende organisme bliver lysende. Og hvis en organisme ikke indeholder koffeinsyre, luminescens kan induceres ved at tilføje yderligere to enzymer, som forfatterne demonstrerede ved at konstruere en gærstamme, der lyser i mørket.

"Vi har i svampe opdaget de komponenter, der er nødvendige for at skabe et genetisk modul til bioluminescens; ved at overføre det fra genom til genom, vi kan gøre stort set enhver organisme selvlysende, som tidligere har været et uopnåeligt mål for forskere, "forklarer Alexey Kotlobay, artiklens første forfatter, junior stipendiat ved Laboratory of Chemistry of Metabolic Pathways fra Institute of Bioorganic Chemistry i Moskva.

Ifølge forskere, selvom meget er blevet forstået i genetikken for svampebioluminescens, de mest interessante ting ligger stadig forude.

"Resultaterne af vores undersøgelse åbner muligheder for ny grundforskning, for eksempel, i svampeøkologi eller i fotofysik af enzymer, såvel som til udvikling af nye molekylære teknologier, "tilføjer Yuliana Mokrushina, junior stipendiat ved Laboratory of Biocatalysis ved Institute of Bioorganic Chemistry, der deler det første forfatterskab i den publicerede artikel.

Det nye system kan bruges til visualisering af forskellige biologiske processer, for eksempel, at spore tumorvækst og migration af kræftceller, samt til udvikling af nye lægemidler. Resultaterne af undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .