FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2019
176 городов
September – November 2019
312 cities
11-13 октября 2019
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры
21-22 сентября 2019 года
22-23 октября 2019 года
29-30 ноября 2019 года
7-8 сентября 2019 года
27-29 сентября 2019 года
4-5 октября 2019 года
10-12 октября 2019 года

Российские биологи расшифровали генетический «секрет» светящихся грибов. Он заставит светиться кого угодно

Российские биологи идентифицировали все гены, ответственные за биолюминесценцию светящегося гриба. Воссоздание путей синтеза необходимых для этого компонентов — люциферазы и люциферина — в дрожжевых клетках заставило их излучать свет, видимый невооруженным глазом.

 

 

 

Кроме того, авторы статьи в Proceedings of theNational Academy of Sciences показали, что новая люцифераза из гриба отлично работает в качестве репортерного белка в бактериях, эмбрионах лягушки и опухолевых клетках при добавлении субстрата в среду.

 

Множество видов живых организмов способны испускать видимый свет за счет биолюминесценции. Светиться им позволяет фермент люцифераза, которая окисляет субстрат люциферин. Эти основные компоненты могут быть разными по структуре — так, всего известно около 40 биолюминесцентных систем, включающих семь различных семейств люцифераз. Тем не менее, полное описание системы свечения, то есть идентификация генов, кодирующих люциферазу и пути синтеза люциферинов, определение структуры этих компонентов, было сделано только для бактерий.

Люцифераза активно используется в биотехнологии в качестве репортерного белка, так как его свечение удобно детектировать. Чаще всего для этого используется люцифераза светлячка (например, мы рассказывали, как японские нейробиологи использовали модифицированную люциферазу для наблюдения за активностью нейронов в мозге животных). Однако в этих случаях субстрат, то есть люциферин, каждый раз нужно добавлять извне.

Ученые из Института биоорганической химии РАН под руководством Ильи Ямпольского изучают системы биолюминесценции, которые можно было бы воссоздавать в модельных организмах и заставлять их светиться самостоятельно без добавления субстрата (так, среди авторов статьи учредители компании Planta, которая занимается выращиванием генно-инженерных светящихся растений). Бактериальные системы для этого не подходят.

«Бактерии — прокариоты, а не эукариоты, поэтому попытки „запихать“ систему прокариот целиком в систему эукариот не сработали. Чтобы бактериальную систему вшить в эукариотическое существо, растение, нужно очень много всего менять, чтобы они научились синтезировать нужные ферменты и белки. В экспериментах впрыскивают уже готовую метку, и она, когда нужно, засветилась», — объясняет N+1 Егор Задереев, чьи коллеги из Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН участвовали в исследовании.

 

Светящийся гриб

Hans E. Waldenmaier & Cassius V. Stevani

Два года назад ученым удалось расшифровать химическую структуру компонентов пути синтеза люциферина из вьетнамского светящегося гриба Neonotopanus nambi и установить, что грибной люциферин это 3-гидроксигиспидин, который через несколько промежуточных стадий образуется из кофейной кислоты — обычного метаболита растений. Тем не менее, для воссоздания пути синтеза в других организмах необходимо было идентифицировать гены, кодирующие ферменты синтеза, и саму люциферазу гриба.

 

Для решения последней задачи библиотеку всех генов Neonotopanus nambi экспрессировали в дрожжах, а на выросшие колонии брызгали люциферином. Из светящихся колоний выделяли ДНК и определяли последовательность грибного гена, ответственного за свечение. Оказалось, что грибная люцифераза кодируется геном nnLuz и не похожа на другие люциферазы, то есть представляет новое семейство.

Исследователи также полностью отсеквенировали геном Neonotopanus nambi и посмотрели, какие гены расположены по соседству с nnLuz. Среди соседей люциферазы они обнаружили два гена, предположительно кодирующих ферменты биосинтеза 3-гидроксигиспидина из кофейной кислоты. Когда эти гены вместе с геном люциферазы и геном еще одного, уже известного фермента, экспрессировали в дрожжах, такие дрожжи оказались способны светиться в темноте (при условии, что в среду добавляли кофейную кислоту, так как сами дрожжи ее не синтезируют). На следующем этапе в полученные модифицированные дрожжи дополнительно встроили три гена синтеза кофейной кислоты из тирозина, в результате чего они уже смогли светиться самостоятельно, без добавления субстратов.

«Кофейная кислота есть у всех растений, это один из промежуточных продуктов биосинтеза древесины. Теперь для получения светящихся растений требуется только один шаг — нужно кофейную кислоту „ответвлять“ на гиспидин, а его — на люциферин, еще сделать систему с люциферазой, чтобы люциферин с люциферазой встретились и растение засветилось. Это гораздо близкая и понятная переделка, не весь метаболизм нужно менять у растения, не нужно растение превращать в бактерию», — говорит Задереев.

 

Свечение грибной люциферазы в дрожжах (А), в клетках человека (B), в опухоли мыши (C), в эмбрионе лягушки (D)

Alexey A. Kotlobay et al / PNAS 2018

Чтобы проверить, можно ли грибную люциферазу использовать в качестве репортерного белка в других клетках, исследователи проверили ее работу в бактериях, эмбрионах шпорцевой лягушки и клетках человека. Кроме того, ее сравнили с уже использующейся в биологии люциферазой светлячка по способности «метить» опухолевые клетки в организме мыши, и выяснили, что люцифераза гриба работает не хуже. Таким образом, ученые не только раскрыли генетическую основу биолюминесценции грибов, но и показали применимость найденной системы в биотехнологии и биомедицине.

 

Исследование биолюминесценции грибов началось в красноярском Институте биофизики СО РАН с участием Нобелевского лауреата Осаму Шимомура, который открыл зеленый флуоресцентный белок медузы. Довести работу до логического завершения удалось уже под руководством Ямпольского в ИБХ РАН. В работе также приняли участие ученые из Австрии, Испании, Бразилии, Англии и Японии.

 

Дарья Спасская

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Каждому огороду — по светодиоду!

О необычных растениях и способах их выращивания

Дотянуться до звёзд: история космического транспорта

Что такое ракета-носитель, чем её заправляют, и сколько ступеней у этой «космической лестницы»?

Парадоксальный тривиальный азот

Азот — один из самых парадоксальных химических элементов таблицы Д. И. Менделеева. С одной стороны, он входит в состав молекул многих биологически активных соединений — витаминов, белков, нуклеиновых кислот и аминокислот.

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Материалы, используемые организмами

Все организмы используют какие-либо материалы: на этом основывается метаболизм.

Ученые из МГУ исследовали причину недолговечности аккумуляторов будущего

Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ имени М.В.

В России рассекречено крупнейшее в мире месторождение уникально твердых алмазов

Возможно, в скором времени мы станем свидетелями революции на мировом рынке алмазов.

Мультимедийная пресс-конференция Председателя Правления УК «РОСНАНО» Анатолия Чубайса «РОСНАНО: итоги года, успех десятилетия»

 

 

Мультимедийная пресс-конференция Председателя Правления УК «РОСНАНО» Анатолия Чубайса «РОСНАНО: итоги года, успех десятилетия»

 

 

 

Технологии «Звездных войн» (часть 3)