Фундаментальной научной задачей, в рамках которой планируется представленный проект, является изучение механизмов биолюминесценции, т.е. физико-химических основ процесса преобразования энергии химических связей субстратов ферментативных реакций в кванты света. Целью настоящего проекта является всестороннее изучение работы биолюминесцентной системы морской полихеты Chaetopterus, основой свечения которой являются люциферин и люцифераза неизвестного строения. Наш коллектив долгое время занимается изучением фундаментальных основ явления биолюминесценции. Из известных на сегодняшний день девяти люциферинов структуры двух были установлены и подтверждены в нашей лаборатории. Так, за время работы нами были установлены структуры люциферинов и оксилюциферинов почвенных червей Fridericia heliota (Petushkov V.N. et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5566; Dubinnyi, M.A. et al. Angew. Chemie Int. Ed. 2015, 54, 7065) и высших грибов (Purtov K.V. et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8124; Kaskova, Z.M. et al. Sci. Adv. 2017, 3, e1602847), что привело к однозначному установлению двух новых уникальных механизмов биолюминесцентных реакций. В результате изучения этих биолюминесцентных систем был приобретен уникальный экспериментальный опыт и разработаны новые методики, позволяющие изучать явление биолюминесценции на мировом уровне. Визуализация образования и распространения органических перекисей в живых клетках является актуальной задачей для изучения причин возникновения и развития различных патологических процессов, таких как атеросклероз, хроническая сердечная недостаточность и преэклампсия. В ходе предварительного изучения биолюминесцентной системы морского червя Chaetopterus было установлено, что субстратом биолюминесценции Chaetopterus является органический пероксид (химическая природа субстрата – перекись липида). Полученные результаты говорят об актуальности более глубокого исследования люциферин-люциферазной системы Chaetopterus, аналогов которой на сегодняшний день не найдено среди известных биолюминесцентных систем. Биолюминесцентная система Chaetopterus является высоко перспективной для разработки в дальнейшем новых высокочувствительных методов мониторинга уровней липидного окисления в живых клетках. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: выделить и очистить компоненты биолюминесцентной системы; изучить физико-химические свойства участников биолюминесцентной реакции; провести структурные исследования люциферина, его природных аналогов а также продуктов реакции биолюминесценции; клонировать ген новой люциферазы с получением бактериального и/или эукариотического штамма-суперпродуцента рекомбинантной люциферазы; на основе полученных данных установить механизм реакции и перспективы применения новой биолюминесцентной системы морских полихет Chaetopterus variopedatus в биомедицинских исследованиях. Пионерский характер проекта и его новизна обеспечивают полные возможности патентной защиты всех практически значимых результатов, связанных с использованием новой биолюминесцентной системы (новые люциферины, люциферазы и способы их применения) для разработки разнообразных новых систем биоимиджинга.