Специалисты Института биоорганической химии имени академиков Шемякина и Овчинникова РАН совместно с коллегами впервые установили природу фермента, отвечающего за свечение грибного комара Keroplatus testaceus. Открытие позволило объяснить молекулярный механизм биолюминесценции у одной из самых малоизученных групп светящихся насекомых и выявить ранее неизвестный путь эволюции подобных систем. Результаты исследования опубликованы в Journal of Molecular Biology.
Фермент-призрак, который не удавалось найти много лет
Светящиеся насекомые встречаются в нескольких отрядах, однако если биохимия свечения жуков, включая светлячков, давно изучена, то двукрылые насекомые (Diptera) оставались исключением. Несмотря на многолетние исследования, ученым не удавалось обнаружить главный элемент их биолюминесцентной системы — люциферазу.
Теперь эта задача решена. Исследователи не только выделили неуловимый фермент из тканей Keroplatus testaceus, но также клонировали его и провели детальную характеристику. Полученные данные впервые позволили описать люциферазу двукрылых насекомых на молекулярном уровне.
Эволюционная история света
Особый интерес вызвало происхождение нового белка. Анализ показал, что его предком, вероятнее всего, был гексамерин — запасной белок, не связанный со свечением. Это позволило ученым предложить ранее неизвестную эволюционную цепочку преобразований: от гемоцианинов через гексамерины к люциферазам.
Фактически речь идет о новом сценарии возникновения биолюминесценции у насекомых, который прежде не рассматривался в научной литературе.
Дополнительные сведения принесло изучение генома грибного комара. Выяснилось, что ген люциферазы имеет необычно простую одноэкзонную организацию и находится в составе консервативного локуса E(spl), участвующего в регуляции различных этапов развития насекомых. По соседству обнаружен близкородственный ген, появление которого, по мнению исследователей, может быть связано с относительно недавним удвоением генетического материала и последующим приобретением новой функции.
Полученные результаты помогают восполнить один из крупнейших пробелов в изучении биолюминесценции насекомых. Кроме фундаментального значения для биологии и эволюции, открытие может оказаться полезным для создания новых систем молекулярной маркировки и инструментов биомедицинской визуализации.
Интересный факт
По оценкам ученых, способность к биолюминесценции независимо возникала в природе десятки раз. Светиться умеют бактерии, грибы, медузы, кальмары, рыбы и насекомые, однако механизмы образования света у них зачастую принципиально различаются.
