24 апреля 2015
Многие живые существа светятся в темноте. Их свечение обеспечивают ферменты люциферазы, которые катализируют окисление субстрата (люциферина) с испусканием квантов видимого света. Структура и свойства субстратов и ферментов, участвующих в люминесцентной реакции высших грибов, до сих пор не изучены, поэтому вызывают особый интерес. Биолюминесценцию высших грибов несколько лет исследуют специалисты Института биофизики СО РАН и Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Специального конструкторско-технологического бюро «Наука» КНЦ СО РАН, Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН и Новосибирского государственного университета. Учёные впервые стимулировали свечение высших грибов рентгеновским излучением и подтвердили гипотезу о том, что в люминесцентной реакции участвуют активные формы кислорода (АФК). Их работа опубликована в апрельском номере журнала Доклады Академии наук.
На основании этих данных они предположили, что биолюминесценция защищает высшие грибы от повреждающего действия кислородных радикалов.
Гипотезу о том, что свечение живых организмов защищает их от повреждения АФК, высказали еще в середине прошлого века американские биохимики Уильям МакЭлрой и Бернард Стрелер, и с тех пор она получила развитие в большом количестве работ других авторов, но высшие грибы в этом отношении еще не исследовали.
Специалисты Института биофизики СО РАН выделили люминесцентную систему светящегося гриба Neonothopanus nambi, растущего в тропических лесах Южного Вьетнама: ее субстрат и ферментные комплексы. Они предположили, что в реакции люминесценции может участвовать еще один компонент – АФК пероксид водорода, который значительно усиливает свечение. Для проверки этой гипотезы они стимулировали образование АФК слабым ионизирующим излучением.
Кусочки мицелия, выращенного на питательной среде и тщательно отмытые водой, облучали на рентгеновской установке. При длительном облучении интенсивность люминесценции гриба в течение нескольких часов медленно нарастала и достигала максимума, превышающего исходный уровень свечения в 5–7 раз. Потом люминесценция медленно затухала, вне зависимости от того, продолжалось облучение или нет, после чего гриб полностью утрачивал способность светиться (когда, защитные системы уже не справлялись). При кратковременных сеансах облучения уровень люминесценции мицелия каждый раз повышался незначительно, однако при этом гриб не терял способности к свечению. При разных режимах облучения спектр люминесценции гриба не менялся и имел максимум излучения при 525 нм – зеленоватый свет.
Эти результаты указывают на то, что в реакции грибного свечения участвуют АФК и ферменты оксидазы, использующие АФК для окисления органических соединений, включая субстрат люминесцентной реакции. Под действием облучения в воде, окружающей мицелий и содержащейся в нем, может образоваться большое количество АФК. Их необходимо нейтрализовать, иначе они вызовут цепные реакции окисления и образование новых АФК, что, в конечном итоге, может привести к гибели организма. Такую функцию в светящихся грибах могут выполнять система антиоксидантной защиты и система светоизлучения, которая использует часть молекул АФК.
На основании полученных данных учёные предполагают, что биолюминесценция, в том числе и грибная, возникла и закрепилась в ходе эволюции как дополнительный механизм защиты живых организмов от повреждающего действия АФК.
«В настоящее время люминесцентные системы и механизмы свечения многих живых организмов хорошо изучены. Эти исследования послужили основой создания новой отрасли биохимической аналитики, нашедшей широкое применение в биологии и медицине. В то же время для светящихся грибов эта задача пока не решена, поскольку молекулярная организация люминесцентной системы этих организмов до сих пор остается малопонятной, –
рассказал STRF.ru заведующий лабораторией нанобиотехнологии и биолюминесценции ИБФ СО РАН, доктор биологических наук Владимир Бондарь. – Потенциально грибные люминесцентные системы или отдельные их элементы могут представлять интерес как основа создания методов микроанализа для биологии, биотехнологии и медицины. Однако в настоящее время, пока неизвестны структурно-функциональная организация грибных люминесцентных систем и механизмы светоизлучения, трудно корректно оценить потенциал и перспективы их использования в практических целях. Когда будет понятно, как устроена грибная светоизлучающая система и как она функционирует, можно будет более взвешенно и объективно оценить возможности ее применения в практических целях».
Работу ученых финансировали Программа поддержки междисциплинарных проектов СО РАН и Совет при Президенте РФ по поддержке ведущих научных школ.
Резник Наталья
http://www.strf.ru
