...

Ученые Института биоорганической химии раскрыли тайну светящихся грибов


22 Июня 2015

Призрачное свечение в чаще ночного леса привлекало внимание людей еще в древности: первые описания этого явления есть в трудах Аристотеля и Плиния. В начале XIX века выяснилось, что причиной свечения древесины является грибной мицелий. К настоящему времени известно много различных видов грибов, излучающих свет на разных стадиях своего развития.

Более ста лет ученые разных стран пытались разгадать загадку грибного свечения. Но все попытки выделить компоненты, участвующие в биолюминесценции, и понять механизм этого процесса терпели крах. Так, нобелевский лауреат Осаму Шимомура во время своего визита в Красноярск признавался, что очень тяжело получать результаты, а изучение этой проблемы занимает много времени.

Дело в том, что в природе есть три системы биолюминесценции: люциферин-люциферазная, фотобелков, и третья... до сих пор не изученная. Фундаментально новые вещи делать всегда сложно.

Та же команда, которая недавно расшифровала люциферин Fridericia heliota, ставший «восьмой формулой света», приступила к исследованию светящихся грибов. В результате объединенными усилиями нескольких лабораторий (фотобиологии и нанобиотехнологии и биолюминесценции Института биофизики СО РАН (Красноярск), а также группы Синтеза природных соединений ИБХ РАН (Москва)) был совершен прорыв в теме грибной биолюминесценции. Установлены структура нового уникального люциферина — 3-гидроксигиспидина — и путь его биосинтеза из предшественника, а также получены данные, подтверждающие единый биохимический механизм грибной биолюминесценции. Результаты исследований опубликованы в журнале Angewandte Chemie Int. Ed. 

Как же ученым удалось выделить «неуловимый» люциферин? Схема грибной биолюминесценции предполагает образование люциферина из некоего предшественника. Оказалось, что это химическое вещество синтезируется также и в несветящихся грибах, причем в количестве в 100 раз большем, чем в светящихся. Поэтому выделять предлюциферин стали именно из несветящихся грибов. Мицелий просто-напросто вымачивали в воде, что позволило увеличить концентрацию предлюциферина и фермента, преобразующего его в люциферин, в сотни раз. А разрушение мицелия грибов ультразвуком резко увеличило эффективность экстрагирования биолюминесцентной ферментной системы в раствор. Эти приемы и привели исследователей  к успеху.

C помощью ВЭЖХ из экстракта грибов Pholiota squarrosa получили 6 веществ, структуры которых были затем определены стандартными методами. Проявившее наибольшую активность в биолюминесцентных тестах оказалось известным природным соединением — гиспидином. Группа Юичи Оба (Yuichi Oba) из Университета Нагойя (Япония) подтвердили, что гиспидин является универсальным предшественником люциферина и в других грибах.

Интересно, что в 1998 году в личном сообщении Осаму Шимомуре его коллега Хидеши Накамура (Hideshi Nakamura) высказал предположение о содержании в структуре вероятных предшественников люциферина общего фрагмента — кофеиновой кислоты, то есть был в шаге от обнаружения гиспидина.

Дальнейшие эксперименты показали, что фермент, преобразующий гиспидин в люциферин, оказался не редуктазой, как предполагалось ранее, а гидроксилазой. Выделив этот фермент, удалось получить и сам грибной люциферин и затем установить его структуру. Таким образом, схема грибной биолюминесценции включает два субстрата — предлюциферин (гиспидин) и люциферин (3-гидроксигиспидин) — и два фермента: гидроксилаза преобразует предлюциферин в люциферин, а люцифераза окисляет его с испусканием кванта света.

Так была раскрыта тайна грибной люминесценции, будоражившая умы многих ученых. Слова Осаму Шимомура оказались пророческими. Описана новая биолюминесцентная система и грибной люциферин стал девятым в мировом списке. Грибной люциферин еще найдет свое применение в биоимиджинге и других областях прикладной биолюминесценции...

Оригинал статьи


Теги: ученые, химия, грибы, люминисценция, наука, ИБХ РАН, Коньково