Свет червей сибирских | |
В сибирских почвах живут светящиеся черви. Исследователи из Красноярска и Москвы изучили их в работе по мегагранту нобелевского лауреата Осамы Симомуры, расшифровав структуру светящегося белка этих червей и синтезировав его в лаборатории. Три группы российских ученых из Москвы и Красноярска в ходе работы по мегагранту, который возглавлял нобелевский лауреат , расшифровали структуру нового светящегося вещества люциферина из сибирских почвенных червей. Более того, они синтезировали это вещество в лаборатории и получили свет. Результаты работы авторы Открытие новой биолюминесцентной системы — это не только увлекательный предмет фундаментальной науки, есть и прикладная биолюминесценция, так как люциферины используют во всевозможных лабораторных и промышленных анализах. О генетической и химической природе биолюминесценции и ее применении кандидат химических наук, сотрудник ИБХ РАН Илья Ямпольский . Биолюминесценция — это излучение света живыми организмами. Этим умением владеют сотни видов, среди которых рыбы, жуки, медузы, моллюски, грибы, черви, бактерии. Свечение возникает при окислении маленькой органической молекулы, которую называют , а происходит оно при участии фермента . У разных организмов люциферины разные, в настоящее время ученым известно семь. Последний раз структура нового лициферина была описана 25 лет назад. Сибирские светящиеся черви Fridericia heliota живут в почве. Крошечный червь, относящийся к олигохетам (малощетинковые черви), 15 мм в длину, испускает голубой свет (478 нм). Этот вид открыли красноярские исследователи из лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН. Как на сайте Института биоорганической химии (ИБХ) РАН, Валентин Петушков еще в студенческие годы обнаружил светящиеся точки в собственных следах на биостанции, которые оказались червями. Много позже красноярские биофизики с помощью зоологов описали вид Fridericia heliota. Группа Валентина Петушкова исследовала биолюминесцентную систему сибирских червей, выделила необходимые элементы — новые люциферин и люциферазу, кислород, АТФ и ионы магния. А в 2011 году ученые выиграли мегагрант на создание лаборатории биолюминесцентных биотехнологий в Сибирском федеральном университете, возглавить который пригласили Осаму Симомуру — всемирно известного специалиста по биолюминесценции, получившего Нобелевскую премию за открытие зеленого флуоресцентного белка.
О своей работе, научных интересах и взглядах на фундаментальную науку . Как пишут авторы исследования, чтобы набрать необходимое количество люциферина, им пришлось годами перелопачивать тонны земли из сибирской тайги. За несколько лет удалось собрать 90 г биомассы червей, и из них выделить 5 мкг люциферина. Структуру его молекулы определили путем ЯМР- и масс-спектроскопии. В итоге стало ясно, что молекула люциферина червей представляет собой необычный пептид, собранный из остатков аминокислоты лизина, необычного производного аминокислоты тирозина, а также щавелевой и гамма-аминомасляной кислот.
Предложенная структура была подтверждена полным синтезом. Синтетический люциферин оказался полностью идентичен выделенному из червей. Осталось попробовать синтезировать это соединение. Благодаря особому подходу ученым удалось сэкономить время и силы на перебор различных вариантов сборки олигопептида из четырех фрагментов. В результате химикам осталось синтезировать четыре соединения с четырьмя разными изомерами. Одно из этих соединений по спектральным характеристикам оказалось идентично природному люциферину. И самое главное — он вступил в реакцию с люциферазой червя, излучая голубой свет. Биолюминесценция сегодня нашла практическое применение в самых разных областях. Светящиеся метки используют для проведения анализов в медицине и в тест-системах при разработке лекарств. В лаборатории это позволяет визуализировать различные физиологические процессы, а также увидеть работу какого-либо гена. Экологи используют биолюминесценцию для мониторинга окружающей среды. У открытого нового люциферина большие возможности практического применения, подчеркивают авторы работы. Во-первых, его просто синтезировать, во-вторых, он стабилен при комнатной температуре и, в-третьих, нетоксичен. О том, что предстоит сделать для того, чтобы новый люциферин можно было использовать в практических целях, «Газете.Ru» рассказал Илья Ямпольский: «Для биолюминесценции необходимо два компонента. Люциферин мы уже знаем. Теперь мы должны определить аминокислотную последовательность люциферазы, секвенировать ее ген и научиться его клонировать. Тогда станет ясно, какие у нее свойства, удобно ли с ней работать. Если удобно, тогда эта система точно будет использована».
«Областей применения очень много, — продолжает Илья Ямпольский. — Например, в некоторых клинических анализах люминесцентная метка позволяет измерять АТФ: есть ли она в плазме крови (если есть, то клетки лопнули). Затем, фармкомпании разрабатывают тесты, которые показывают, работает ли лекарство. Как правило, в таких тест-системах используют люциферин-люциферазные системы — условно говоря, это лампочка, которую втыкают в схему, чтобы понять, есть ли в ней напряжение. Кроме того, можно увидеть раковую опухоль. Допустим если в мышке есть раковая опухоль, которая экспрессирует люциферазу, то мы вводим мышке люциферин, и опухоль начинает светиться. Это так называемый whole body imaging. Ну и плюс к этому разнообразные применения для научных целей — для визуализации клеток, биохимических процессов. Объем рынка биолюминесцентных технологий составляет несколько миллиардов долларов в год, это говорит о том, что они востребованы».
Читайте также:
Источник - |
Академия наук Республики Башкортостан
Государственное бюджетное научное учреждение «Академия наук Республики Башкортостан» решает задачи научного обеспечения развития Республики Башкортостан и ее многонационального народа, активно участвует в интеграции исследовательской, инновационной деятельности научных организаций, вузов и предприятий республики, укрепляет связи между наукой и образованием, развивает сотрудничество научных организаций республики с российским и мировым научными сообществами.
Сегодня Академия наук Республики Башкортостан – современное, мобильное, динамично развивающееся научное учреждение, координирующее научные исследования в Башкортостане. Вопросы интеграции фундаментальных и прикладных исследований, инновационной деятельности научных учреждений и вузов республики являются первостепенными в Академии наук Республики Башкортостан.
Пользователи могут получить оперативную и полную информацию об ГБНУ "Академии наук Республики Башкортостан" (ее структуре, учреждениях, тематике научных исследований, достижениях и открытиях, новостях и т.д.). Здесь также представлена история создания, становления и деятельности Академии наук Республики Башкортостан, информация о ее членах – известных ученых республики, страны, мира.