Светящиеся акулы помогли описать новый механизм биофлуоресценции

Американские исследователи открыли механизм зеленой флуоресценции кошачьих акул. Оказалось, что в роли поглотителей-излучателей выступают не высокомолекулярные белки, как у большинства других флуоресцентных организмов, а малые молекулы из ранее не описанного семейства бром-кинурининов, а в роли световодов выступают чешуйки на коже акул. Кроме того, новые представители кинуридинов обладают антибактериальными свойствами, пишут авторы в статье в iScience (новый журнал издательства CellPress).

Светящиеся живые организмы достаточно широко распространены в природе. Их свечение может быть обусловлено как биолюминесценцией (которой обладают, например, светящиеся в темноте грибы), для которой не нужен внешний источник света, так и биофлуоресценцией, которая заключается в обратном излучении поглощенного света с измененной длиной волны. К биофлуоресценции, как правило, способны морские организмы, самые изученные из них — это медузы и кораллы, роль флуорофоров у которых выполняют специальные белки. За открытие зеленого флуоресцентного белка (GFP — green fluorescent protein) медузы Aequorea victoria в 2008 году была вручена Нобелевская премия по химии. Зеленый белок и его производные в настоящее время широко используются в биологических экспериментах для мечения клеточных компонентов.

В 2014 году команда Дэвида Грубера (David Gruber) из Американского музея естественной истории (Нью-Йорк) показала, что большое количество видов морских рыб также обладает способностью к биофлуоресценции. Лишь для немногих из них был описан механизм, лежащий в основе этого явления — так, например, за флуоресценцию японского угря оказался ответственным белок, связывающий жирные кислоты (FABP).

В новой работе Грубер и Джейсон Кроуфорд (Jason Crawford) с химического факультета Йельского университета (США) описали механизм биофлуоресценции кожи двух видов акул, который оказался отличным от всех известных до этого. Биофлуоресценция акул оказалась обусловлена не белками, а малыми молекулами — продуктами метаболизма триптофана.

Объектами исследования ученых стали калифорнийская кошачьеголовая акула Cephaloscyllium ventriosum, населяющая бассейн Тихого океана, и сетчатая кошачья акула Scyliorhinus retifer из западной части Атлантики. Ранее команда Грубера выяснила, что в голубом свете, который преобладает на глубине обитания акул, кожа этих рыб светится ярко-зеленым. При помощи набора спектрометрических методов, например, масс-спектрометрии высокого разрешения и УФ-спектроскопии, ученые идентифицировали в коже акул ранее не описанное семейство малых флуоресцентных молекул — бром-содержащих кинуренинов.

У млекопитающих производные кинуренинов обнаруживаются в нервной системе и, видимо, играют роль сигнальных молекул. Однако синтез этих молекул у акул, по всей видимости, происходит по альтернативному пути, отличному от млекопитающих, и выполняет иные функции. Возможно, бром-кинуренины играют роль УФ-фильтров, взаимодействуя с меланином в коже акул. Кроме того, учитывая монохроматическое зрение акул, сама по себе флуоресценция, вероятно, играет роль во внутривидовом взаимодействии рыб.

Так как кошачьи акулы обитают на дне, ученые предположили, что бром-кинуренины также могут защищать их кожу от донных бактерий. Действительно, в предварительном эксперименте эти вещества оказались способны тормозить рост как распространенной морской бактерии Vibrio parahaemolyticus, так и метициллин-резистентного золотистого стафилококка.

В 2017 году южноамериканские исследователи обнаружили первый вид флуоресцентных лягушек. Их свечение также оказалось обусловлено малыми молекулами — производными дигидроизохинолинонов. Функции свечения у лягушек, как и у акул, установлены не были, однако установлено, что флуоресцирующие кораллы используют свое зеленое свечение, чтобы приманивать симбиотические микроорганизмы.

Дарья Спасская