Ученые исследовали новую систему биолюминесценции сибирских светящихся червей Henlea sp. и обнаружили два вещества-активатора свечения. Специалисты расшифровали структуры активаторов и создали их синтетические аналоги. Они усиливают свечение биолюминесцентной системы червей на три порядка. Результаты исследования опубликованы в журнале Organic & Biomolecular Chemistry.

На сегодняшний день известно около двух десятков видов светящихся кольчатых червей, в основном, тропических. Однако и в Сибири были найдены четыре биолюминесцентных вида, в том числе Fridericia heliota и два родственных вида Henlea: H.petushkovi и H.rodionovae, открытые красноярскими учеными. Эти земляные черви широко распространены в Красноярском крае и Иркутской области, их можно найти даже в обычном огороде. Исследователи изучают различные механизмы биолюминесценции, чтобы в дальнейшем использовать их, например, для биолюминесцентного маркирования, проведения иммуноанализов или даже для получения новых источников света.

Учёные из Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и московского Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН ранее установили, что для производства света червям Henlea sp. требуются четыре основных компонента: люциферин, люцифераза, ионы кальция и кислород. А теперь обнаружили ещё два вещества-активатора, многократно усиливающие биолюминесценцию, и установили их структуры. Одно из них оказалось аналогом витамина рибофлавина. Ранее его находили в археях и бактериях, где это соединение участвовало в защите ДНК микроорганизмов от ультрафиолетового излучения. Второй активатор представляет собой соединение, являющееся сульфатным производным первого активатора — дезафлавинсульфат.

Получив данные о структурах активаторов, исследователи разработали улучшенную стратегию синтеза, которая состояла всего из четырех стадий, и успешно получили синтетический деазафлавин, который усиливает свечение биолюминесцентной системы Henlea sp. на три порядка.

«Обнаруженные активаторы биолюминесценции червей Henlea sp. представляют собой необычные производные деазафлавина. Без них испускаемый световой сигнал очень слабый. Мы предполагаем, что активатор представляет собой флуоресцентный хромофор, который поглощает энергию после окисления люциферина и переизлучает ее в видимом диапазоне света. Такого мы не встречали пока ни у одного биолюминесцентного организма. Полученные данные важны для понимания механизма работы данной биолюминесцентной системы», — рассказала Наталья Родионова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН.

Красноярские ученые на протяжение многих лет изучают биолюминесценцию земляных червей, в частности, её химические составляющие и принципы действия. И уже достигли внушительных результатов.

«За время работы наша группа сделала несколько открытий. Ранее мы обнаружили несколько новых светящихся червей в Сибири: вид Fridericia heliota и два родственных вида Henlea sp. Вместе с коллегами мы описали эти виды, выделили компоненты их биолюминесцентных систем. В результате для АТФ-зависимой системы F.heliota открыли новый, восьмой в мировом списке, природный люциферин, а также научились производить его синтетический аналог. При изучении кальций-зависимой биолюминесценции червей рода Henlea мы впервые обнаружили активаторы свечения. То есть каждая из этих червяковых биолюминесцентных систем уникальна. А ведь до наших исследований считалось, что биолюминесценция земляных червей проходит по единому перекись-зависимому механизму. Теперь таких механизмов, минимум, три», — прокомментировал Валентин Петушков, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (21-14-00382).