19 мая 2013
То, что некоторые грибы ярко светятся в темноте, отмечал ещё Аристотель в IV веке до нашей эры. Так что феномен этот хорошо известен, а вот на вопрос, зачем грибы светятся и как они это делают, ответа нет до сих пор. Механизмы биолюминесценции, то есть испускания живым объектом видимого в темноте света, расшифрованы и хорошо изучены у многих живых организмов (бактерии, насекомые, черви, кишечнополостные, моллюски). А вот механизм грибного свечения учёным пока непонятен. Специалисты Института биофизики СО РАН и Сибирского федерального университета полагают, что он отличается от такового у вышеупомянутых бактерий и животных.
Интерес к системам излучения связан прежде всего с тем, что их можно использовать в качестве индикаторов, сигнализирующих о каких-то важных с точки зрения биологии или медицины процессах. Один из известных примеров излучающей молекулы – зелёный флюоресцентный белок, который выделил в 1962 году из медузы Aequorea victoria японский учёный Симомура Осаму (в 2008 году за исследования этого белка он получил Нобелевскую премию). Механизмы свечения живых объектов широко изучаются и сегодня, при этом особое внимание уделяется системе излучения грибов, не похожей на известные системы бактерий и некоторых животных.
Учёные обнаружили, что слабым свечением – хемилюминесценцией – обладают практически все виды высших грибов. Это свечение может зафиксировать только чувствительный прибор. По мнению исследователей, хемилюминесценция, присущая высшим грибам, вероятно, и стала той основой, из которой в ходе эволюции возникла видимая биолюминесценция грибов. При этом они полагают, что это свечение не связано с наличием в грибах специализированного фермента – люциферазы.
Для проверки этой гипотезы красноярские учёные исследовали особенности свечения высшего гриба Neonothopanus nambi, обитающего в тропических лесах Южного Вьетнама. Они работали с грибным мицелием, который выращивали в жидкой питательной среде. При таком способе культивирования мицелий образует удобные для манипуляций глобулы (шарики) диаметром 2–7 мм, с шероховатой за счёт большого количества выростов поверхностью.
Изучая такие глобулы, исследователи выявили два фактора, способных активировать их биолюминесценцию: перекись водорода и низкомолекулярный компонент, который обнаружили в экстрактах из мицелия. Исследователи полагают, что этот компонент представляет собой возможный эмиттер (излучатель), который, вероятно, не расходуется в ходе реакции биолюминесценции. Сочетание эмиттера и перекиси водорода вызывает столь сильное свечение глобул мицелия, что его видно в темноте невооружённым глазом. Оно длится 1,5–3,5 часа, после чего затухает. Но если снова добавить перекись водорода, мицелий опять ярко засветится. И эмиттер, и перекись водорода по отдельности также активируют биолюминесценцию, но эффект этот незначительный и кратковременный (несколько минут).
Предполагаемому эмиттеру люминесцентной системы гриба N. nambi учёные дали название намбин. Он термостабилен и выдерживает даже несколько минут кипячения. Приоритетная задача дальнейших исследований – выделение намбина в чистом виде и изучение его структуры и свойств.
По мнению специалистов, система излучения N. nambi находится на клеточной стенке гриба или в её структурных элементах. Если мицелий разрушить, он утрачивает способность светиться. Учёные полагают, что стимулировать образование активных форм кислорода, необходимых для грибного свечения, могут воздействия (механические, физические, химические) на клеточную стенку гриба и изменения его жизнедеятельности, которые сопровождаются нарушением работы ферментных систем и образованием активных форм кислорода.
Хорошо известная хемилюминесцентная реакция с участием перекиси водорода и люминола требует катализатора. По аналогии с этой реакцией исследователи предположили, что для грибного свечения помимо эмиттера и активных форм кислорода также необходим катализатор. Учёные считают, что у грибов эту роль могут выполнять ионы марганца, железа или меди, ферменты (например, пероксидазы) или эргостерин (провитамин D2) – один из важнейших компонентов клеточной стенки грибов и известный активатор (усилитель) хемилюминесценции в тканях живого организма. Но эта версия нуждается в проверке.
«Усилия специалистов, изучающих биолюминесценцию грибов, сосредоточены на трёх главных направлениях. Это культивирование светящихся грибов в искусственных (лабораторных) условиях для получения грибной биомассы, обладающей свечением; изучение молекулярной организации грибной люминесцентной системы и механизмов свечения; исследование возможностей применения грибного свечения в аналитике, – рассказал STRF.ru заведующий лабораторией нанобиотехнологии и биолюминесценции ИБФ СО РАН доктор биологических наук Владимир Бондарь. – Мы умеем культивировать разные виды светящихся грибов в искусственных условиях и продолжаем оптимизировать способы выращивания грибной биомассы с устойчивым и длительным свечением. Наиболее сложным остаётся вопрос, как устроена грибная светоизлучающая система и каков механизм её функционирования. Пока система биолюминесценции грибов не расшифрована, трудно сказать, как можно будет её использовать в практических целях. Сейчас можно только сказать, что светящиеся грибы, вероятно, смогут найти применение в биолюминесцентной аналитике».
На вопрос, для чего вообще светятся грибы, Владимир Бондарь отвечает так: «При неподвижном способе существования грибов маловероятно, что их свечение играет сигнальную роль. По нашему мнению, свечение грибов – это защита от повреждения активными формами кислорода, высокий уровень которых может образовываться в организме гриба под воздействием многих факторов. Мы полагаем, что такая версия лучше всего объясняет грибную люминесценцию и хорошо согласуется с известной гипотезой, высказанной специалистами в середине прошлого столетия».
Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009–2013 годы», программы Правительства РФ «О мерах по привлечению ведущих учёных в учебные заведения России» и СО РАН.
Источник информации:
В.С. Бондарь, Э.К. Родичева, С.Е. Медведева, Н.А. Тюлькова, А.Б. Тяглик, Б.А. Шпак, академик И.И. Гительзон «О механизме свечения гриба Neonothopanus nambi», Доклады Академии наук, 2013, том 449, № 2, с. 223–227.
