Calea care duce la bioluminescență la ciuperci identificată și transferată la un alt organism - studiu publicat în PNAS

În lumina zilei, Neonothopanus nambi este o ciupercă maro destul de neremarcabilă. Dar o surpriză se ascunde în spatele fațadei obscure: noaptea, ciuperca luminează verde fantomatic. Neonothopanus nambi este una dintre cele peste 100 de specii de ciuperci care emit lumină. Aristotel a documentat deja acest fenomen, numit bioluminiscență, atunci când a descris arborele strălucitor, putrezit. Acum, oamenii de știință au identificat pentru prima dată calea biochimică care permite luminii ciupercilor bioluminescente. Dar au mers chiar mai departe: punând cele trei gene necesare pentru a genera luminescență într-o drojdie care nu strălucea, au creat un eucariot luminescent artificial. Fyodor Kondrashov, profesor la Institutul de Știință și Tehnologie Austria (IST Austria) a fost coautor al studiului publicat astăzi în PNAS, condus de Ilia Yampolsky la Institutul de Chimie Bioorganică al Academiei Ruse de Științe din Moscova.

enzime

Licuricii zburători și ciupercile strălucitoare pe podeaua pădurii sunt printre puținele lucruri care pot fi văzute într-o noapte întunecată adâncă în pădurea braziliană. Ambele se comportă ca niște lumini de noapte vii datorită procesului de bioluminiscență, un fenomen natural prin care o substanță numită luciferină este oxidată cu ajutorul enzimei luciferază pentru a emite o lumină. Bioluminiscența se găsește la multe specii, de la viermi strălucitori la pești de mare adâncime. Cu toate acestea, până acum, calea biochimică care produce luciferina nu a fost înțeleasă în niciun organism, cu excepția bacteriilor. Această lipsă de cunoștințe a împiedicat încercările de a face să strălucească organisme superioare, precum animale și plante. Acum, o colaborare internațională între douăsprezece instituții diferite și condusă de Ilia Yampolsky, cu participarea lui Fyodor Kondrashov, Louisa Gonzalez Somermeyer și a fostului său membru al grupului Karen Sarkisyan, a identificat modul în care eucariotul Neonothopanus nambi strălucește.

Oamenii de știință au găsit genele cheie responsabile pentru bioluminiscența Neonothopanus nambi. Folosind screeningul bibliotecii și analiza genomului, echipa a identificat enzimele care contribuie la sinteza luciferinei. Au arătat că luciferina fungică, substratul reacției de bioluminescență, se află la doar doi pași enzimatici de un metabolit bine-cunoscut, numit acid cofeic, pe care îl generează ciuperca. Comparând ciupercile care strălucesc cu cele care nu, echipa lui Kondrashov a descoperit, de asemenea, modul în care duplicarea genelor a permis bioluminiscenței să evolueze cu mai mult de o sută de milioane de ani în urmă. De ce a evoluat este, încă, neclar, spune Kondrashov: "Bioluminiscența este benefică sau este doar un produs secundar? Nu știm încă. Există dovezi că strălucirea atrage insecte care distribuie sporii. Dar nu cred că asta este convingător. "

Știind cum strălucesc ciupercile bioluminescente, cercetătorii au aprins apoi eucariote non-bioluminescente. Inserarea genei care codifică luciferaza în Neonothopanus nambi împreună cu alte trei gene ale căror produse formează lanțul care transformă metabolitul acidului cafeic în substrat pentru reacție, luciferina, în drojdia Pichia pastoris a dus la strălucirea coloniilor de drojdii. "Nu furnizăm o substanță chimică care face ca drojdia să strălucească. În schimb, furnizăm enzimele de care are nevoie pentru a transforma un produs metabolic care este deja prezent în drojdie în lumină", ​​explică Kondrashov.

Această descoperire ar putea găsi aplicații pe scară largă, de la țesuturi care raportează schimbări în fiziologia lor prin aprinderea până la crearea de animale și plante strălucitoare. "Dacă ne gândim la scenarii SF în care plantele strălucitoare înlocuiesc luminile stradale - acesta este. Acesta este progresul care poate duce la acest lucru", concluzionează Kondrashov, "Cu toate acestea, poate dura câțiva ani până când o astfel de lumină de stradă nu este proiectat ".