Разгадан секрет свечения грибов: российские учёные научили их светиться всеми цветами радуги

Сотрудники Института биоорганической химии РАН (ИБХ РАН), Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН (ИБФ СО РАН) и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н. И. Пирогова совместно с коллегами из Бразилии и Японии приблизились к разгадке механизма свечения грибов. Они установили структуру молекулы оксилюциферина – продукта реакции свечения – из грибов, а также синтезировали несколько искусственных аналогов люциферина, которые испускают свет разных цветов. Работа поддержана грантом РНФ, а её результаты опубликованы в журнале  Science Advances.

«Люциферин грибов состоит из двух важных фрагментов. Мы решили посмотреть, будет ли молекула светиться, если изменить один из фрагментов. Оказалось, что из шести синтезированных аналогов люциферина пять остались активными и светились разными цветами. Так мы, во-первых, подтвердили открытый нами механизм реакции, а во-вторых, продвинулись в понимании того, как можно этим процессом управлять», – рассказывает Зинаида Осипова из Института биоорганической химии РАН в Москве.

Существует множество живых существ, которые светятся в темноте. К числу таких организмов относятся хищные рыбы-удильщики, приманивающие жертву свечением «крючка» на своей «удочке», а также бактерии, грибы и различные виды светлячков, использующие биолюминесценцию для привлечения партнеров для спаривания.

Источником этого света являются белковые молекулы, использующие кислород и АТФ, чтобы вырабатывать видимую или тепловую части светового спектра, окисляя особые пигментные люциферины. То, как работают белки и их «топливо», сильно интересует ученых, поскольку такие природные источники свечения можно использовать для «подсветки» клеток во время экспериментов и для многих других целей.

Осипова и ряд ученых из ИБХ РАН, ИБФ СО РАН и Медицинского университета имени Пирогова в Москве приблизились к раскрытию секрета работы таких молекул в клетках светящихся грибов, которые встречаются в пещерах и других темных уголках планеты. То, как происходит реакция между белками и люциферинами внутри грибов, пока не изучено. Российские исследователи решили восполнить этот пробел.

Выделив светящиеся молекулы  и окисляющие их белки из клеток гриба Neonothopanus gardneri, который жители Бразилии называют «цветком кокоса» из-за того, что он растет у подножия пальм, ученые проследили, как меняется их структура при излучении света, используя газовые хроматографы и масс-спектрометры.

Сделать это, как отмечают авторы статьи, было не так просто: продукт окисления люциферина грибов является крайне нестабильным веществом. Это затрудняет его накопление и изучение его структуры. Когда ученые решили эту проблему, им удалось выяснить, что именно происходит со светящимся веществом, где оно окисляется и подобрать его искусственный аналог.

Этот аналог, как показали эксперименты, можно легко модифицировать таким образом, чтобы он не переставал светиться и при этом менял свой цвет. Как шутят ученые, им удалось создать «цветные грибы». Что интересно, «заготовки» люциферина и его синтетических аналогов встречаются в клетках растений. Это позволяет создать первые «цветные» светящиеся растения. Для этого нужно добавить в их ДНК гены, отвечающие за производство окисляющего фермента и самого светящегося вещества – все остальные компоненты, отвечающие за свечение, уже на месте.