При дневном свете Neonothopanus nambi представляет собой довольно ничем не примечательный коричневый гриб. Но за тусклым фасадом скрывается сюрприз: ночью гриб светится призрачно-зеленым светом. Neonothopanus nambi - один из более чем 100 видов грибов, излучающих свет. Аристотель уже задокументировал это явление, называемое биолюминесценцией, когда описал светящуюся гниющую кору дерева. Теперь ученые впервые определили биохимический путь, который позволяет биолюминесцентным грибам светиться. Но они пошли еще дальше: поместив три гена, необходимых для генерации люминесценции, в несветящиеся дрожжи, они создали искусственно люминесцентного эукариота. Федор Кондрашов, профессор Австрийского института науки и технологий (IST Austria), был соавтором исследования, опубликованного сегодня в PNAS, которое провел Илья Ямпольский из Института биоорганической химии Российской академии наук в Москве.
Порхающие светлячки и светящиеся грибы на лесной подстилке - это то, что можно увидеть темной ночью глубоко в бразильском лесу. Оба ведут себя как живые ночники благодаря процессу биолюминесценции, естественному явлению, при котором вещество, называемое люциферином, окисляется с помощью фермента люциферазы, чтобы излучать свет. Биолюминесценция встречается у многих видов, от светящихся червей до глубоководных рыб. Однако до сих пор биохимический путь образования люциферина не был изучен ни в одном организме, кроме бактерий. Этот недостаток знаний мешал попыткам заставить светиться высшие организмы, такие как животные и растения. Теперь международное сотрудничество между двенадцатью различными учреждениями под руководством Ильи Ямпольского с участием Федора Кондрашова, Луизы Гонсалес Сомермейер и предыдущего члена его группы Карен Саркисян определило, как светится эукариот Neonothopanus nambi.
Ученые нашли ключевые гены, ответственные за биолюминесценцию Neonothopanus nambi. Используя скрининг библиотеки и анализ генома, команда определила ферменты, которые способствуют синтезу люциферина. Они показали, что грибковый люциферин, субстрат для реакции биолюминесценции, находится всего в двух ферментативных шагах от хорошо известного метаболита, называемого кофейной кислотой, который генерирует грибок. Сравнивая светящиеся грибы с несветящимися, команда Кондрашова также обнаружила, как дупликация генов позволила развиться биолюминесценции более ста миллионов лет назад. Почему оно возникло, пока неясно, говорит Кондрашов: «Полезна ли биолюминесценция или это побочный продукт? Мы пока не знаем. Есть сведения, что свечение привлекает насекомых, которые распространяют споры. убедительно."
Зная, как светятся биолюминесцентные грибы, исследователи подсветили небиолюминесцентные эукариоты. Вставка гена, кодирующего люциферазу, в Neonothopanus nambi вместе с тремя другими генами, продукты которых образуют цепь, которая превращает метаболит кофейной кислоты в субстрат для реакции, люциферин, в дрожжи Pichia pastoris, привела к светящимся колониям дрожжей. «Мы не поставляем химическое вещество, которое заставляет дрожжи светиться. Вместо этого мы поставляем ферменты, необходимые для превращения продукта метаболизма, который уже присутствует в дрожжах, в свет», - объясняет Кондрашов.
Это открытие может найти широкое применение: от тканей, которые сообщают об изменениях в своей физиологии, загораясь, до создания светящихся животных и растений.«Если подумать о научно-фантастических сценариях, в которых светящиеся растения заменяют уличные фонари - вот оно. Это прорыв, который может привести к этому, - заключает Кондрашов. разработан."