Rahsia cendawan cahaya

Penyelidik menguraikan mekanisme bioluminesen dalam kulat

Cahaya hijau: cendawan cahaya spesies Neonothopanus gardneri di hutan di Brazil © Hans E. Waldenmaier / Cassius V. Stevani / IQ-USP
membaca dengan kuat

Jadilah cahaya: Para penyelidik telah menemui apa yang membuat cendawan bersinar. Oleh itu, organisma bioluminescent menggunakan sistem sederhana hanya empat enzim untuk menghasilkan cahaya. Dengan pengetahuan dan alat kejuruteraan genetik ini, sel-sel makhluk lain kini boleh diterangi. Ini membuka peluang baru dalam bioteknologi, laporan pasukan.

Apa pencipta seperti Thomas Edison telah merasakan otak mereka pada abad ke-19 telah dipatenkan oleh alam selama beberapa juta tahun: pengeluaran cahaya. Fenomena bioluminesen tersebar luas di dalam kerajaan haiwan. Penyelidik telah melihat cahaya serangga, ubur-ubur, rumpai laut dan kulat. Organisme ini menggunakan kecerahan mereka untuk menarik mangsa, menakut-nakutkan musuh, berkomunikasi antara satu sama lain, atau menyamarkan diri mereka sendiri.

Tetapi bagaimana bioluminescence mereka datang? Sekarang terdapat sekitar 40 mekanisme kimia yang berbeza yang dikenali untuk menghasilkan cahaya dalam alam semula jadi. Walau bagaimanapun, sebahagian besar dari ini hanya difahami sebahagiannya - seperti dengan cendawan. Untuk mengubahnya, Alexey Kotlobay dari Akademi Sains Rusia di Moscow dan rakan-rakannya kini menumpukan perhatian kepada bioluminescence makhluk-makhluk ini.

Hanya empat enzim

Mereka mengetahui bahawa sistem pemendapan nampaknya sangat mudah: mereka menggunakan hanya empat enzim untuk menghasilkan cahaya. Khususnya, saintis mengenal pasti luciferase, juga dikenali dari organisma lain, serta tiga enzim utama lain. Tiga enzim ini menghasilkan luciferin asid kafein dalam dua langkah - satu molekul yang memancarkan cahaya apabila ia teroksida.

Luciferase bertanggungjawab untuk pengoksidaan bahan ini: ia disebabkan oleh aktiviti pemangkinnya yang luciferin bertindak balas kepada tenaga tinggi, sebatian yang tidak stabil. Penguraian sebatian ini membawa kepada bioluminescence, seperti Kotlobay dan laporan pasukannya. paparan

Ragi yang bersinar Sergey Shakhov

Strain yis bersinar

Dalam satu lagi langkah, pasukan penyelidik mengenal pasti gen yang mengandungi pelan tindakan untuk enzim utama. Gen ini kemudiannya diperkenalkan ke dalam bahan genetik organisma lain untuk menjadikannya bersinar juga. Dengan silap mata, ini bekerja walaupun dalam spesies yang tidak menghasilkan kopi sendiri.

Sebagai contoh, ragi: Dalam eksperimen, saintis menggabungkan kedua-dua gen yang diperlukan untuk pencahayaan dan gen yang diperlukan untuk sintesis asid kafein ke dalam genom spesies yeast Pichia pastoris. "Hasilnya adalah ketegangan ragi yang bersinar sendiri, " mereka menulis.

Dari pokok ke tisu tumor

Dengan menguraikan sistem jamur cahaya, secara teorinya mungkin untuk menerangi secara artifisial setiap makhluk eukariotik. "Ekspresi gen mekanisme kulat yang ditakrifkan tidak menjadi toksik untuk sel eukariotik yang lain dan boleh digunakan pada masa depan untuk aplikasi bioteknologi, " kata Kotlobay dan rakan-rakannya.

Pada masa akan datang, contohnya, ia akan difikirkan untuk menyaring jalan dengan lorong-lorong pokok yang bercahaya atau untuk mendorong tisu-tisu dalam perubatan untuk menjalani perubahan malignan Tunjukkan lampu dan sebagainya untuk mengesan pertumbuhan tumor. (Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, 2018; doi: 10.1073 / pnas.1803615115)

(AKSON Persatuan Komunikasi Sains Rusia / PNAS, 27.11.2018 - DAL)