Гребневики — это переливающиеся всеми цветами радуги медузообразные существа, которых можно встретить во всех морях Мирового океана. Для людей они не опасны, а вот мелкие морские обитатели становятся их жертвами, будучи привлеченными испускаемым светом. Результаты исследования параметров рекомбинантного фотобелка, ответственного за свечение гребневика Beroe abyssicola, материал о котором подготовлен изданием «Наука в Сибири», опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.

Название этого типа морских организмов говорит само за себя. Студенистые тела гребневиков (Ctenophora) оснащены восемью рядами гребных пластинок с ресничками, за счет которых они плавают как у водной поверхности, так и на дне. Для кишечнополостных этот механизм достаточно примитивен, но анатомия гребневиков порой сложнее, чем строение их родственников медуз (на эволюционной лестнице гребневики — более древние организмы).

Биолюминесценция присуща практически всем видам гребневиков. За свечение подобных планктонных организмов, как и медуз, и некоторых кальмаров, отвечают кальций-регулируемые фотопротеины. Это белковый комплекс апобелка с субстратом биолюминесцентной реакции. Он находится в специальных клетках — фотоцитах, а они объединены в органы фотофоры. Последние расположены у гребневиков вдоль гребных пластинок и вокруг ротового отверстия.

«Ионы кальция также отвечают за проведение нервных импульсов, поэтому свечение, как правило, связано с раздражением, — объяснила старший научный сотрудник лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН – обособленного подразделения ФИЦ “Красноярский научный центр СО РАН” кандидат биологических наук Людмила Буракова. — Если потревожить гребневика или медузу, среагируют их нервные импульсы, после чего в клетках высвобождаются ионы кальция. Когда в фотоцитах они соединяется с фотопротеинами (кальций-связывающими белками), начинается свечение. Таким образом, этот тип биолюминесценции — реакция на внешнее раздражение».

Животные чаще всего используют свечение для привлечения жертв или, наоборот, для отпугивания хищников, как некоторые ракообразные, либо для коммуникации, как светлячки. Что касается гребневиков и медуз — они, вероятно, используют свечение для приманивания планктона. Наблюдатели обычно описывают гребневиков как красивых и нежных существ. Но пусть вас не сбивает с толку завораживающий блеск и голубовато-зеленоватое свечение, за ними скрываются одни из самых прожорливых кишечнополостных хищников. Долгое время гребневики считались трофическим тупиком в морских пищевых цепях, но, как оказалось, кроме зоопланктона и личинок в их ловушку попадают актинии, медузы и даже мелкие рыбы и ракообразные. Поэтому их роль в морских пищевых цепях более сложна, чем полагали ранее.

Когда один из видов гребневиков завезли в Каспийское, Азовское и Черное моря, он начал активно пожирать зоопланктон и рыбью икру, что нанесло существенный урон местному рыболовству и едва не привело к локальному экологическому кризису. Эти существа невероятно устойчивы даже к очень соленым средам, за счет чего смогли распространиться практически во всех морях и океанах (на данный момент известно около 150 видов, многие из которых не изучены). Некоторые из них живут на других животных, например, на иглокожих, губках или донных книдариях. Кроме того, большинство из них являются гермафродитами, поэтому способны к самооплодотворению и за жизнь могут отложить более 10 000 яиц. С такими способностями гребневики часто выживают при транспортировке рыболовного балласта и быстро адаптируются в новых экосистемах. Однако для лабораторных исследований эти организмы всё же слишком хрупки. Сотрудники Института биофизики СО РАН изучали биолюминесцентные белки на основе генетического материала гребневиков, выловленных из Белого моря. Теперь белки, кодируемые найденными генами, нарабатывает кишечная палочка.

Несмотря на то, что гребневики встречаются практически повсеместно и многие из них светящиеся, рекомбинантные фотопротеины получены только для четырех из них. «Кальций-регулируемые фотопротеины — это уникальный тип биолюминесцентных белков, ответственных за световое излучение книдарий и гребневиков, — рассказала Людмила Буракова. — В настоящее время клонированы гены фотопротеинов четырех родов гребневиков и столько же — гидромедуз. Такие параметры, как удельная активность, квантовый выход и коэффициент поглощения фотопротеинового комплекса для рекомбинантного беровина, определены впервые. До этого ученые пытались провести подобные измерения лишь на природных белках, выделенных непосредственно из организмов».

Гребневиков начали исследовать относительно недавно, поэтому геномных данных об этом типе организмов до сих пор не очень много. Степень идентичности аминокислотных последовательностей фотобелков ктенофор (Ctenophora) и книдарий (Cnidaria) оказалась очень низкой — около тридцати процентов, что позволило отнести фотобелки гребневиков к новому типу Са²⁺ — регулируемых фотопротеинов. Наиболее существенным отличием оказалась чувствительность гребневиков к световому облучению. Выяснилось, что их фотобелки теряют способность к свечению при воздействии света в широком диапазоне длин волн.

Как используют люминесцентные способности этих существ в молекулярной биологии и медицине? Любой фиксируемый сигнал может стать маркером для измерения концентраций различных веществ. Светящиеся белки пришивают к антителам и используют как маркерную часть молекулы для биолюминесцентного биоспецифического анализа, чтобы вне организма определить процентное содержание тех или иных компонентов, например, в сыворотке крови или моче. Специальные приборы измеряют количество квантов света, испускаемых белками. С помощью этих молекул также можно отслеживать распределение потоков кальция в клетке.

«Биолюминесцентные белки хороши тем, что они безвредны для организма и применимы как in vitro, так и in vivo, — заверила Людмила Буракова. — Кроме того, их также используют в клеточных линиях для тестирования лекарств. Гены этих белков вставляют в клетки, затем берут целый пул биологических активных соединений, которые потенциально могут быть лекарствами. Если при добавлении белка в клетку возникает свечение, то лекарство действует».

Источник текста: «Наука в Сибири»