Российские ученые заставили земляных червей светиться ярче

Известно немало живых организмов, способных излучать видимый свет по механизму биолюминесценции. Это означает, что в них (или в их микробах-симбионтах) происходят химические реакции, приводящие к высвечиванию квантов света.

Большинство светящихся животных обитают в океане, но есть среди них и обитатели суши, а также почвы. Это, к примеру, кольчатые черви — аннелиды. Большая их часть живет в жарком поясе Земли, но недавно красноярские ученые обнаружили несколько таких видов и в Сибири.

Среди них — Fridericia heliota и два близких вида рода Henlea: H. petushkovi и H. rodionovae. Теперь те же ученые и их коллеги узнали о молекулярных механизмах биолюминесценции земляных червей, а заодно научились делать их свечение намного интенсивнее.

Объектом нового исследования, опубликованного в журнале Organic & Biomolecular Chemistry, стали представители рода Henlea. На первый взгляд хенлеи — невзрачные белые червячки, живущие в почве. Иногда их можно встретить в экосистемах тайги, но гораздо чаще они попадаются на обычных сибирских грядках — в Красноярском крае и Иркутской области, в том числе в городской черте.

Чтобы испускать свет, такому червю необходимо особое соединение — люциферин, фермент люцифераза, а также ионы кальция и кислород. Если хотя бы один из этих компонентов отсутствует, то соответствующая химическая реакция невозможна.

Из новой статьи следует, что на интенсивность испускаемого червями света также влияют два активатора: ActH и ActS. В присутствии этих веществ излучение усиливается во много раз.

Чтобы узнать об этом, исследователям потребовалось потратить 200 червей, из которых выделили по несколько микрограммов каждого вещества.

Для анализа ученые использовали сложные биофизические методики — так называемый орбитрап и ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Они наряду с компьютерными расчетами и анализом баз данных позволили установить природу молекул обоих активаторов, а также понять, как именно они влияют на люминесценцию.

Один из активаторов люминесценции (ActH) очень похож на рибофлавин, известный как витамин B2, раствор которого имеет яркую желтую окраску. Об этом веществе ученые уже знали: оно защищает ДНК прокариот (бактерий и архей) от разрушительного ультрафиолета. Второе соединение (ActS) описано впервые. Этот активатор похож на первый и, по сути, представляет собой его сульфатное производное (дазафлавинсульфат).

Однако на этом авторы статьи не остановились. Они также разработали химический способ получения искусственного активатора ActH — такой синтез включает в себя четыре стадии.

Помимо удовлетворения любопытства и решения фундаментальных научных проблем, новое исследование может быть полезно на практике. Имея в распоряжении дополнительные люминесцентные системы, биотехнологи и биоинженеры смогут использовать их для создания различных молекулярных сенсоров, в биомедицине и так далее.