Об этом сообщает ProIT
Группа японских исследователей из Высшей школы естественных наук Университета Осаки установила, что кораллы способны переключать чувствительность к различным видам света с помощью ионов хлора. Это открытие существенно меняет научные представления о функционировании светочувствительных белков — опсинов — и открывает новые перспективы в белковой инженерии.
Уникальные опсины кораллов и механизм их работы
Исследование показало, что в отличие от большинства животных, где опсины используют отрицательно заряженные аминокислоты для поглощения видимого света, некоторые виды кораллов используют ионы хлора из окружающей среды. Именно благодаря этому механизму кораллы, которые не имеют глаз в привычном смысле, способны ощущать свет и реагировать на его изменения. Это раскрывает новые аспекты адаптации кораллов к изменениям в среде, в частности, к повышению кислотности океана в результате изменения климата.
В ходе исследования ученые анализировали, как коралл Acropora tenuis улавливает свет и реагирует на изменение параметров воды. Выяснилось, что кораллы используют белки опсины, которые принадлежат к тому же семейству белков, что и в сетчатке человеческого глаза. Ученые обнаружили ранее неизвестную группу опсинов — ASO-II, которые демонстрируют уникальные свойства и отличают кораллов от млекопитающих.
Вместо аминокислот, как у большинства животных, опсины ASO-II используют неорганические ионы хлора для изменения своей светочувствительности, что является первым подобным случаем, известным науке. Ученые провели серию экспериментов, используя методы мутаций, спектроскопии и целенаправленного компьютерного моделирования, чтобы исследовать механизм работы опсина Antho2a.
Гибкость световосприятия и потенциальное применение в медицине
“Мы обнаружили, что ионы хлора стабилизируют основу Шиффа слабее, чем аминокислоты. Таким образом, опсин может оборотно переключаться между чувствительностью к видимому свету и УФ-чувствительностью в зависимости от pH”, — объяснил первый автор исследования, научный сотрудник лаборатории Теракиты Юсукэ Сакаи.
Специалисты выяснили, что при повышении кислотности среды коралловые опсины реагируют на видимое свет, а при повышении щелочности — на ультрафиолет. Такая способность, вероятно, связана с взаимодействием между кораллами и водорослями, которые изменяют внутренний pH клеток во время фотосинтеза. Светочувствительность кораллов может изменяться в реальном времени, что позволяет поддерживать точное взаимодействие между организмами.
Кроме того, исследователи установили, что опсин ASO-II Acropora tenuis может регулировать концентрацию ионов кальция в ответ на свет, что открывает перспективы использования этого механизма как оптогенетического инструмента с регулируемой чувствительностью к длине волны света в зависимости от pH. Ученые надеются, что уникальные возможности кораллов станут основой для разработки новых методов биологического и медицинского контроля над светом.
Результаты этого исследования опубликованы в журнале ELife.