Описана люцифераза нового типа из ранее неизученной биолюминесцентной системы

Сотрудники Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и их коллеги впервые идентифицировали и охарактеризовали люциферазу грибного комара Keroplatus testaceus. Исследование показало, что новый фермент, вероятнее всего, произошёл от запасающего белка гексамерина и представляет ранее неизвестный эволюционный путь возникновения биолюминесценции у насекомых. Полученные результаты раскрывают молекулярные основы свечения двукрылых и создают предпосылки для разработки новых инструментов биомедицинской визуализации. Результаты опубликованы в Journal of Molecular Biology. Об этом сообщает сайт ИБХ РАН.

Исследователи ИБХ РАН и их коллеги впервые идентифицировали, клонировали и охарактеризовали люциферазу двукрылых насекомых (Diptera), выделенную из грибного комара Keroplatus testaceus. Среди насекомых биолюминесцентные виды описаны для отрядов Coleoptera (жуки) и Diptera (мухи и комары). При этом механизмы свечения жуков хорошо и подробно изучены, в то время как структуры ключевых компонентов биолюминесцентных систем двукрылых оставались неизвестными, несмотря на все предпринимаемые попытки в течение нескольких последних десятилетий.

Авторы изучили структуру, генетический контекст и эволюционный путь нового фермента. Результаты исследования позволяют сделать вывод о происхождении найденной люциферазы из запасающего белка гексамерина, что указывает на уникальный и совершенно новый эволюционный путь трансформации от гемоцианинов через гексамерины к люциферазе. В то же время, реконструкция генома K. testaceus и исследование геномного контекста показали, что ген люциферазы имеет одноэкзонную структуру и расположен в консервативном локусе E(spl), отвечающем за регуляцию целого комплекса событий в процессе развития насекомых. Рядом с основным геном авторы обнаружили его близкий паралог, что указывает на недавнее эволюционное событие дупликации и возможную неофункционализацию.

Биолюминесцентные системы двукрылых насекомых уникальны и не похожи ни на какие другие, известные на данный момент. Полученные данные закрывают многолетний пробел в изучении молекулярных механизмов свечения насекомых и открывают новые перспективы для разработки инструментов молекулярной визуализации в биомедицинских исследованиях.

Напомним, что в 2025 году один из авторов этой работы, Илья Ямпольский, был удостоен Национальной премии "Вызов" в номинации "Прорыв" за расшифровку механизма биолюминесценции грибов и создание на основе этого механизма первых в мире светящихся растений.