Акули, що світяться, допомогли описати новий механізм біофлуоресценції

Американські дослідники відкрили механізм зеленої флуоресценції котячих акул. Виявилося, що в ролі поглиначів-випромінювачів виступають не високомолекулярні білки, як у більшості інших флуоресцентних організмів, а малі молекули з раніше не описаного сімейства бром-кинуринінів, а в ролі світловодів виступають чешуйки на шкірі акул. Крім того, нові представники кинуридинів мають антибактеріальні властивості, пишуть автори в статті в (новий журнал видавництва CellPress).

Світяться живі організми досить широко поширені в природі. Їхнє світіння може бути обумовлене як біолюмінесценцією (якою володіють, наприклад, гриби, що світяться в темряві), для якої не потрібне зовнішнє джерело світла, так і біофлуоресценцією, яка полягає у зворотному випромінюванні поглиненого світла зі зміненою довжиною хвилі. До біофлуоресценції, як правило, здатні морські організми, найбільш вивчені з них - це медузи і корали, роль флуорофорів у яких виконують спеціальні білки. За відкриття зеленого флуоресцентного білка (GFP - green fluorescent protein) медузи в 2008 році була вручена Нобелівська премія з хімії. Зелений білок і його похідні в даний час широко використовуються в біологічних експериментах для мрії клітинних компонентів.

У 2014 році команда Девіда Грубера (David Gruber) з Американського музею природничої історії (Нью-Йорк) показала, що велика кількість видів морських риб також має здатність до біофлуоресценції. Лише для небагатьох з них був описаний механізм, що лежить в основі цього явища - так, наприклад, за флуоресценцію японського угря виявився відповідальним білок, що зв'язує жирні кислоти (FABP).

У новій роботі Грубер і Джейсон Кроуфорд (Jason Crawford) з хімічного факультету Єльського університету (США) описали механізм біофлуоресценції шкіри двох видів акул, який виявився відмінним від усіх відомих до цього. Біофлуоресценція акул виявилася обумовлена не білками, а малими молекулами - продуктами метаболізму триптофану.

Об'єктами дослідження вчених стали каліфорнійська котяча акула, що населяє басейн Тихого океану, і сітчаста котяча акула із західної частини Атлантики. Раніше команда Грубера з'ясувала, що в блакитному світлі, яке переважає на глибині проживання акул, шкіра цих риб світиться яскраво-зеленим. За допомогою набору спектрометричних методів, наприклад, мас-спектрометрії високої роздільної здатності та УФ-спектроскопії, вчені ідентифікували в шкірі акул раніше не описане сімейство малих флуоресцентних молекул - бром-містять кінуренінів.

У ссавців похідні кінуренінів виявляються в нервовій системі і, мабуть, грають роль сигнальних молекул. Однак синтез цих молекул у акул, очевидно, відбувається альтернативним шляхом, відмінним від ссавців, і виконує інші функції. Можливо, бром-кінуреніни грають роль УФ-фільтрів, взаємодіючи з меланином в шкірі акул. Крім того, враховуючи монохроматичний зір акул, сама по собі флуоресценція, ймовірно, відіграє роль у внутрішньовидовій взаємодії риб.

Оскільки котячі акули мешкають на дні, вчені припустили, що бром-кінуреніни також можуть захищати їхню шкіру від донних бактерій. Дійсно, в попередньому експерименті ці речовини виявилися здатні гальмувати зростання як поширеної морської бактерії, так і метицилін-резистентного золотистого стафілокока.

У 2017 році південноамериканські дослідники виявили перший вид флуоресцентних жаб. Їх світіння також виявилося обумовлене малими молекулами - похідними дигідроізохінонів. Функції світіння у жаб, як і у акул, встановлені не були, проте встановлено, що флуоресціюючі корали використовують своє зелене світіння, щоб приманювати симбіотичні мікроорганізми.