Пресс-центр / новости / Наука /
У светящихся грибов охарактеризовали фермент, который может сделать биолюминесцентные инструменты эффективнее
Исследователи Отдела биомолекулярной химии ГНЦ ИБХ РАН в международной коллаборации опубликовали две работы в журнале The FEBS Journal, в которых подтвердили роль фермента CPH в грибном пути биолюминесценции: он расщепляет оксилюциферин до кофейной и пировиноградной кислот, помогая поддерживать свечение за счет возвращения кофейной кислоты в биолюминесцентную систему, а пировиноградной кислоты – в центральный метаболизм для выработки энергии. Результаты работы открывают возможности для создания более эффективных автономных биолюминесцентных систем для медицины, биотехнологии, сельского хозяйства и экологического мониторинга.
Подобно светлячкам и многим глубоководным организмам, некоторые грибы способны естественным образом излучать свет благодаря биолюминесцентным путям: в них специальные ферменты преобразуют химическую энергию в видимый свет. Исследователи используют ферменты пути биолюминесценции грибов, или FBP, чтобы визуально отслеживать такие процессы, как прогрессирование опухолей и воспалительные реакции. Два новых исследования, опубликованных в журнале The FEBS Journal (1, 2), показывает новые данные, которые могут помочь усовершенствовать и расширить инструменты на основе биолюминесценции.
Один из продуктов FBP – оксилюциферин. У грибов он образуется в результате окисления люциферина, затем разрушается и возвращается обратно в FBP, поддерживая процесс биолюминесценции. Предыдущие исследования указывали на возможную роль в расщеплении оксилюциферина ферментом каффеилпируватгидролазой или CPH, завершающей цикл кофейной кислоты. Однако результаты оставались неоднозначными.
В новом исследовании ученые охарактеризовали CPH у одного из крупнейших и самых ярких биолюминесцентных видов грибов, описанных на сегодняшний день, и подтвердили, что этот фермент превращает оксилюциферин в кофейную и пировиноградную кислоты. Кофейная кислота может снова включаться в этот путь и поддерживать свечение, тогда как пировиноградная кислота может перенаправляться в центральный метаболизм и помогать выработке клеточной энергии. Это потенциально снижает энергетические затраты на биолюминесценцию.
Ученые также разработали новый метод мониторинга активности CPH, создав тем самым полезный инструмент для дальнейших исследований биолюминесценции. Полученные результаты могут быть использованы для создания автономно светящихся систем у других организмов. Такие системы могут найти применение в медицине, сельском хозяйстве, экологическом мониторинге и биотехнологии.
«После восьми лет работы мы наконец смогли показать, что расщепление грибного оксилюциферина ферментом CPH приводит к образованию кофейной и пировиноградной кислот. Это открытие помогает объяснить, как грибы поддерживают биолюминесценцию за счет переработки метаболитов и при этом, возможно, возвращают часть энергии, затраченной на излучение света», — сказал один из авторов, профессор Кассиус Стевани из Университета Сан-Паулу в Бразилии. «Кроме того, эти результаты дают важные ориентиры для разработки клеток, способных излучать яркий свет более эффективно и устойчиво».
Результаты работы были освещены издательством Wiley и порталом Phys.org.
22 мая