Наука и технологии России

Вход Регистрация

Аминокислотный паззл засветился

Группа российских учёных из Института биоорганической химии РАН и красноярского Института биофизики СО РАН исследовала феномен люминесцентного свечения у сибирского кольчатого червя Fridericia heliota. В статье, опубликованной в апреле 2014 года в журнале «Angewandte Chemie. International Edition», исследователи описывают найденное природное соединение, люциферин, являющееся представителем особого класса биологических пигментов, которое вызывает свечение червей. Новое соединение является восьмой исследованной разновидностью люциферина, а всего существует около 30 механизмов биолюминесценции. Учёные продолжают работу по этой теме, и в феврале 2015 года вышла вторая статья, где описываются несветящиеся аналоги люциферина, обнаруженные в Fridericia heliota.

Илья_Ямпольский Илья Ямпольский

Руководитель исследовательской группы, сотрудник  ИБХ РАН Илья Ямпольский рассказал STRF.ru о природе открытого соединения и перспективах его использования в дальнейшем.

Когда мы говорим о новом аналоге люциферина, что под этим подразумевается? В чём заключается особенность выделенного соединения?

- Главная особенность аналогов люциферина Fridericia – их принадлежность к особому, новому классу природных модифицированных пептидов. В настоящее время подробно описаны два пути биосинтеза пептидов: рибосомальный синтез, использующий м-РНК в качестве матрицы (используется всеми видами живых существ), а также биосинтез, катализируемый особыми гигантскими белковыми комплексами – NRPS (non-ribosomal peptide synthase). Эти комплексы представляют собой «конвейеры», состоящие из линейной последовательности блоков, каждый из которых проводит одну заданную химическую реакцию. Синтезируемый пептид поочередно присоединяется к каждому «блоку конвейера», и происходит его постепенное удлинение. Этот путь биосинтеза в настоящее время известен только для микроорганизмов. В царстве животных, к которому относятся кольчатые черви, NRPS не были обнаружены.

Открытые же нами пептиды на первый взгляд кажутся набором случайных комбинаций аминокислот, в том числе и «некодируемых» (с помощью традиционного генетического кода), соединенных в произвольной последовательности. В целом, они представляют собой как бы кусочки головоломки, которые еще только предстоит сложить в единую картину. Сам люциферин тоже является одной из таких «пазлинок». Интересно, что из примерно полудюжины этих структурно родственных соединений только одно – собственно люциферин – обладает люминесцентной активностью.

Структуры_люциферина Структуры люциферина Fridericia heliota и его аналогов с ядром CompX (выделено голубым) и CompY (выделено зеленым)

Я думаю, что идентификация ферментов, ответственных за образование этого ряда соединений, приведет к открытию нового для живой природы механизма биосинтеза одного из основных классов биомолекул – пептидов.

А в чём функциональные особенности этого пептида? Можно ли их как-либо применять на практике? Ведь сегодня биолюминесценция активно применяется, например, в лабораторных исследованиях для светового выделения изучаемых объектов.

- В найденных нами пептидах встречается два типа родственных хромофоров, обусловливающих цвет всего соединения – CompX и CompY. Первый из них ранее не был описан в живой природе. Второй ранее был обнаружен в необычных пептидах, выделенных  из асцидий. Заметим, что биосинтез последних также не был изучен.

Особенностью данных хромофоров является их способность к флуоресценции. В люциферине Fridericia излучателем света, своеобразным «трансформатором» химической энергии в световую, служит CompX. Также, благодаря наличию способной к фотоизомеризации двойной связи, для обоих соединений характерны флуорогенные свойства – способность изменять яркость свечения в зависимости от внешних условий (например, при связывании с «родной» люциферазой).

Люциферин Fridericia является наиболее химически устойчивым из всех известных на сегодня люциферинов, что делает его перспективным для практического применения. К тому же, для аналитических целей важно иметь независимые, «ортогональные» системы возникновения люминесценции, что позволяет независимо наблюдать 2 и более процесса. Поэтому новая люминесцентная система обязательно будет использована на практике.

В своей статье Вы упоминаете различные гипотезы возникновения люциферина в организме червя. Какая версия на сегодняшний день кажется наиболее правдоподобной и почему? Что даст нам понимание этого процесса?

- В настоящий момент трудно сказать, разработали ли черви Fridericia самостоятельно новую биосинтетическую машинерию (что было бы очень необычно и удивительно), или получают данный набор соединений с пищей, где их производят некие почвенные микроорганизмы или кишечные симбионты. С точки зрения биохимии это звучит более правдоподобно. Но обнаружение нового класса соединений само по себе является неожиданностью, поэтому нельзя исключать и дальнейшего появления сюрпризов в данном исследовании.

На сегодняшний день не известны полные биосинтетические цепочки ни для одного из природных люциферинов. Нахождение такой цепочки, включающей как полную последовательность интермедиатов, так и ферментов, катализирующих их взаимопревращения, позволит получить генно-модифицированные организмы, «автономно» люминесцирующие, т.е. без добавления субстрата извне.

Иллюстрации предоставлены пресс-службой ИБХ РАН.

РЕЙТИНГ

4.50
голосов: 6

Обсуждение