Биолюминесцентная система полихет рода Odontosyllis
Биолюминесце́нтная систе́ма полихе́т ро́да '''Odontosyllis''', набор белков и небольших органических молекул, позволяющих некоторым представителям рода Odontosyllis'' испускать свет. Ключевые компоненты системы: люциферин и фермент люцифераза. Биолюминесцентная система полихет рода Odontosyllis изучена недостаточно для применения в биотехнологии. Нестабильность молекулы люциферина и отсутствие разработанного пути её химического синтеза создают трудности для создания биолюминесцентных инструментов анализа на основе данной системы.
Многощетинковые черви (полихеты) рода Odontosyllis широко распространены в мировом океане и способны испускать яркое свечение. Одним из наиболее известных представителей является бермудский огненный червь (Odontosyllis enopla), обитающий в водах Карибского бассейна и около восточного побережья Северной Америки. Как и представители других видов Odontosyllis, черви данного вида имеют небольшие размеры (до 2 см в длину и около 2 мм в ширину) и используют биолюминесценцию для поиска и привлечения партнёра в период размножения.
Существует корреляция между циклами размножения червей рода Odontosyllis и лунным циклом. Стаи светящихся самок поднимаются к поверхности воды примерно через 1 ч после захода солнца в течение нескольких дней после полнолуния. Каждый червь при этом движется по небольшому кругу. Затем появляются самцы. По размеру они меньше самок, но тоже светятся. Поскольку и самцы, и самки полихет рода Odontosyllis способны светиться, предполагается, что помимо привлечения партнера биолюминесценция также может использоваться этими организмами для узнавания представителей своего вида.
История изучения
Люциферин-люциферазная реакция воспроизведена in vitro в первой половине 20 в. в экспериментах Э. Н. Харви, работавшего с Odontosyllis phosphorea из Британской Колумбии и Odontosyllis enopla с Бермудских островов. Затем в 1960-е гг. У. Д. Макелрой (Shimomura. 2019) получил частично очищенные препараты люциферина и обнаружил, что спектр люминесценции люциферин-люциферазной реакции Odontosyllis enopla идентичен спектру флуоресценции люциферина (λmax = 510 нм), а также что люциферин способен к автоокислению молекулярным кислородом без светового излучения.
В дальнейшем Осаму Симомура (Shimomura. 1963[1]; 1964[2]) и Дж. Л. Трейнор (Trainor. 1979[3]) установили, что люциферин-люциферазная реакция требует присутствия только люциферина, люциферазы и кислорода.
Только в 2018 г. учёные нашли и клонировали ген люциферазы Odontosyllis (Luciferase of the Japanese syllid polychaete Odontosyllis umdecimdonta. 2018; Novel gene encoding a unique luciferase from the fireworm Odontsyllis undecimdonta. 2018), а в 2019 установлена структура люциферина, оксилюциферина и продукта неспецифического окисления люциферина кислородом (Bioluminescence chemistry of fireworm Odontosyllis. 2019).
Люциферин
Молекула люциферина представляет собой трициклический серосодержащий гетероцикл. Бесцветное соединение крайне нестабильно и подвержено автоокислению с образованием продукта розового цвета.
Люцифераза
Фермент люцифераза представляет собой полипептид с молекулярной массой около 35 кДа. Свойства данного белка на момент написания статьи изучены мало.
Люциферин-люциферазная реакция
Как было показано Осаму Симомурой и Трейнором, люциферин-люциферазная реакция червей рода Odontosyllis требует присутствия только люциферина, люциферазы и кислорода. В ходе реакции образуется продукт оксилюциферин, соединение зелёного цвета (Bioluminescence chemistry of fireworm Odontosyllis. 2019).
Примечания
Литература
- Shimomura O. Partial purification and properties of the Odontosyllis luminescence system / O. Shimomura, F. H. Johnson, Y. Saiga // Journal of Cellular and Comparative Physiology. – 1963. – Vol. 61, № 3. – P. 275–292.
- Shimomura O. The cyanide activation of Odontosyllis luminescence / O. Shimomura, J. Beers, F. Johnson // Journal of Cellular and Comparative Physiology. – 1964. – Vol. 64, № 1. – P. 15–21.
- O. Shimomura, I. Yampolsky, Bioluminescence: Chemical Principles And Methods, Third edition, World Scientific, 2019.
- Trainor G. L. Studies on the Odontosyllis Bioluminescence System : dissertation. – Cambridge, MA, 1979.
- Luciferase of the Japanese syllid polychaete Odontosyllis umdecimdonta / D. T. Schultz, A. A. Kotlobay, R. Ziganshin [et al. // Biochemical and Biophysical Research Communications. – 2018. – Vol. 502, № 3. – P. 318–323.]
- Novel gene encoding a unique luciferase from the fireworm Odontsyllis undecimdonta / Y. Mitani, R. Yasuno, M. Isaka [et al. // Scientific Reports. – 2018. – Vol. 8, № 1. – P. 12789.]
- Bioluminescence chemistry of fireworm Odontosyllis / A. A. Kotlobay, M. A. Dubinnyia, K. V. Purtov [et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. – 2019. – Vol. 116, № 38. – P. 18911–18916.]