В США ученые обнаружили белок-летяг, которые светятся в ультрафиолете

Американские летяги научились светиться в темноте

Шкурка южной американской летяги (Glaucomys volans) . Слева — фотография в видимом, справа — в ультрафиолетовом свете.

Американские летяги испускают розовое флуоресцентное свечение в ультрафиолетовом свете, сообщается в Journal of Mammalogy. Зачем они это делают, пока непонятно, но исследователи предполагают, что так летяги защищаются от сов, которые на них часто охотятся. Совы тоже флуоресцируют в темноте, так что для летяг флуоресценция может быть формой мимикрии. Либо свечение может выполнять сигнальные функции.

На сегодняшний день известно довольно много позвоночных, умеющих флуоресцировать — рыбы, в том числе рифовые; птицы, рептилии, земноводные. Ученые находили флуоресцентные соединения в костях, перьях и шкуре таких животных. «Флуоресцирующих» млекопитающих гораздо меньше. Шкура или кожа светятся в ультрафиолетовом свете только у многих опоссумовых — сумчатых, обитающих в Новом свете. Но теперь биологи обнаружили еще три вида млекопитающих, испускающих видимое флуоресцентное свечение — американских летяг (род Glaucomys).

Американские летяги относятся к семейству беличьих (Sciuridae) и обитают в Северной Америке, от Канады до Гондураса. До недавнего времени биологи выделяли два вида глаукомисов — северную (Glaucomys sabrinus) и южную (Glaucomys volans). В прошлом году одну из популяций северных летяг признали отдельным видом и назвали летягой Гумбольдта (Glaucomys oregonensis). Внешне они похожи на белок, но у летяг по бокам между передними и задними лапами есть кожная перепонка, с помощью которой они планируют между деревьями. Летяги активны ночью и в сумерках в течение всего года; у них есть два пика активности — во время рассвета и заката. Как раньше отмечали исследователи, в сумерках интенсивность ультрафиолетового излучения выше, чем в течение дня. Поэтому, возможно, что оно играет роль в восприятии и коммуникации глаукомисов.

Флуоресценцию у американских летяг обнаружили случайно. В мае 2017 года биолог из Нортленд колледжа Джонатан Мартин (Jonathan G. Martin) наблюдал за лесными растениями и пиявками. Он пользовался ультрафиолетовым фонариком и в свете фонаря заметил южную летягу (Glaucomys volans), которая светилась ярко-розовым светом. Ученый заинтересовался и решил изучить этот феномен подробнее. Для этого он пригласил коллег из Нортленд колледжа и Техасского университета A&M. Исследователи фотографировали в видимом и ультрафиолетовом свете шкурки 109 летяг разных видов из музейных коллекций, а также пять живых летяг. Для сравнения они фотографировали шкурки других беличьих — каролинской (Sciurus carolinensis), лисьей (Sciurus niger) и красной (Tamiasciurus hudsonicus) белок.

Оказалось, что 108 из 109 шкурок и все пять живых летяг светились розовым в ультрафиолетовом свете. Флуоресцентного свечения у других беличьих исследователи не нашли. Интенсивнее всего светились хвост и брюхо животных, а меньше всего — подбородок и шея. Хотя все глаукомисы (шкурки и живые) флуоресцировали с разной яркостью, зависимости между полом, видом, временем и местом обитания животных и интенсивностью свечения ученые не обнаружили.

Ученые полагают, что летяги сами вырабатывают флуоресцентные вещества, а не берут их извне (например, поедая флуоресцентных пиявок). Слишком уж велик ареал их обитания (практически весь континент) и отсутствует зависимость от других факторов. Предположительно, флуоресценция может выполнять сигнальные функции (например, животные сообщают друг другу о своем присутствии, планируя между деревьями). Возможно, что она помогает летягам спастись от хищников — обыкновенной сипухи и виргинского филина. Эти птицы в ультрафиолетовом свете тоже испускают ярко-розовое или пурпурное свечение. Так что флуоресценция летяг может быть формой мимикрии.

Кроме летяг, планировать умеют некоторые сумчатые — кускусы и сумчатые летяги и почти все шипохвосты, которых назвали так потому, что часть хвоста у них покрыта чешуйками с шипами. Самые крупные «планеры» среди млекопитающих, шерстокрылы, могут пролететь на 130-140 метров. Подробнее о них можно прочитать в нашем материале «Меховой ковер-самолет».

Белки-летяги оказались способны светиться в ультрафиолете

Обнаружить это удалось почти случайно

04.02.2019 в 18:06, просмотров: 3483

Американские летяги, относящиеся к роду Glaucomys семейства беличьих, светятся розоватым цветом под воздействием ультрафиолетового излучения. Способность к флуоресценции среди млекопитающих встречается не слишком часто, отметили американские специалисты из Нортленд колледжа.

Около двух лет назад Джонатан Мартин, один из авторов нынешнего исследования, изучал флору и фауну американского штата Висконсин с помощью ультрафиолетового фонарика. В результате он случайно обнаружил, что в таком свете белки-летяги вида Glaucomys volans начинали светиться розовым светом. Впоследствии специалист вместе с коллегами выяснил, что тем же свойством обладали и представители других видов, относящихся к их роду, причём это распространялось как на живых особей, так и на шкурки из музейных коллекций. Всего посредством ультрафиолета учёные «заставили» светиться пять живых летяг, так и 108 из 109 шкурок, хотя яркость свечения в разных случаях отличалась.

Пока что учёные не готовы дать однозначный ответ на вопрос, какой цели служит способность белок светиться в темноте. По их мнению, наиболее вероятно, что это позволяет особям сообщать друг другу о своём присутствии и траектории. Однако не исключают специалисты и варианта, что флюоресценция может представлять собой форму мимикрии — в ультрафиолете похожим цветом светятся некоторые виды сов.

Специалисты считают, что флуоресцентные вещества летяги вырабатывают сами, а не получают из пищи или окружающей среды — в пользу этого свидетельствует тот факт, что способностью светиться в темноте обладают особи, живущие почти по всей Северной Америки, вне зависимости от конкретных условий обитания и диеты.

Исследование было опубликовано в научном издании Journal of Mammalogy.

  • Самое интересное
  • По теме
  • Комментарии

Оставьте ваш комментарий

Популярно в соцсетях

© ЗАО “Редакция газеты “Московский Комсомолец” Электронное периодическое издание «MK.ru»

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство Эл № ФС77-45245 Редакция – ЗАО “Редакция газеты “Московский Комсомолец”. Адрес редакции: 125993, г. Москва, ул. 1905 года, д. 7, стр. 1. Телефон: +7(495)609-44-44, +7(495)609-44-33 , e-mail info@mk.ru. Главный редактор и учредитель – П.Н. Гусев. Реклама третьих сторон

Все права на материалы, опубликованные на сайте www.mk.ru, принадлежат редакции и охраняются в соответствии с законодательством РФ.
Использование материалов, опубликованных на сайте www.mk.ru допускается только с письменного разрешения правообладателя и с обязательной прямой гиперссылкой на страницу, с которой материал заимствован. Гиперссылка должна размещаться непосредственно в тексте, воспроизводящем оригинальный материал mk.ru, до или после цитируемого блока.

Для читателей: в России признаны экстремистскими и запрещены организации «Национал-большевистская партия», «Свидетели Иеговы», «Армия воли народа», «Русский общенациональный союз», «Движение против нелегальной иммиграции», «Правый сектор», УНА-УНСО, УПА, «Тризуб им. Степана Бандеры», «Мизантропик дивижн», «Меджлис крымскотатарского народа», движение «Артподготовка», общероссийская политическая партия «Воля».
Признаны террористическими и запрещены: «Движение Талибан», «Имарат Кавказ», «Исламское государство» (ИГ, ИГИЛ), Джебхад-ан-Нусра, «АУМ Синрике», «Братья-мусульмане», «Аль-Каида в странах исламского Магриба».

Читайте также:  В Берлинском зоопарке у больших панд впервые родились медвежата

Американские белки начали светиться

Так они пытаются защититься от сов.

Однажды в Америке один ученый проводил ночное исследование.

Светя особым ультрафиолетовым светом на пиявок и растения, ученый заметил белок-летяг. И без того удивительные существа в ультрафиолете светились!

Ученый с коллегами незамедлительно приступил к исследованию особенности.

С тех пор прошло почти два года Недавно же опубликовались результаты опытов, и задача свечения, по-видимому, заключается в спасении от сов.

Происхождение таинственного розоватого свечения еще не обнаружено.

Интересные факты о барракуде

Следующий пост

Образ жизни и среда обитания птицы дикуши

Комментарии
Рубрики сайта
  • Авиация
  • Авто и мото
  • Армия и флот
  • Археология
  • Животные
  • Здоровье
  • Знаменитости
  • Игры
  • Интересное
  • Интернет и компьютеры
  • История
  • Космос
  • Кулинария
  • Культура и искусство
  • Мода и стиль
  • Музыка
  • Наука и технологии
  • Новости
  • Общество
  • Охота и рыбалка
  • Политика
  • Природа
  • Происшествия
  • Психология
  • Путешествие и отдых
  • Развлечения
  • Религия
  • Родноверие
  • Рукоделие
  • Сад и огород
  • Самоделки
  • Спорт
  • Строительство и дизайн
  • Тайны и мифы
  • Экономика
  • Юмор, приколы
  • Песочница
Последние комментарии

Ну она явно поросёнок! :).

Границу с украиной закрыть НАВСЕГДА, и никогда не открывать! Пусть эта зараза вымрет и н.

Давно пора! А то заправщики в корень охренели.

Где хохлы – там смерть и разруха.

Наше сочувствие Маргарите. Очень жалко.

сосите сало, пидорасы.

Баба дура – детей надо рожать! Тогда у мужа не будет сомнений.

Совет: Шумеры, оставляете телефон дома и идёте куда хотите! Не благодарите! )))).

Будет смешно, если поляки проснуться и узнают что теперь они живут в Польской губерне! :).

Набирающие популярность

Морская щучья собачка (лат. Neoclinus blanchardi)

Домик цикады

Кальмары оказались способны к сложным коммуникациям за счет пигментных клеток с подсветкой

Змеи стали ядовитыми не для самообороны

Козы из Марокко, которые умеют лазать по деревьям

Информационно-развлекательный интернет журнал

Копирование материалов

Правовая информация

Уважаемые авторы, помните, размещаемые вами публикации, не должны нарушать законодательство Российской Федерации и авторские права сторонних ресурсов.

*Экстремистские и террористические организации, запрещенные в Российской Федерации и Республиках Новороссии: «Правый сектор», «Украинская повстанческая армия» (УПА), «ИГИЛ», «Джабхат Фатх аш-Шам» (бывшая «Джабхат ан-Нусра», «Джебхат ан-Нусра»), Национал-Большевистская партия (НБП), «Аль-Каида», «УНА-УНСО», «Талибан», «Меджлис крымско-татарского народа», «Свидетели Иеговы», «Мизантропик Дивижн», «Братство» Корчинского, «Артподготовка», «Тризуб им. Степана Бандеры​​», «НСО», «Славянский союз», «Формат-18», «Хизб ут-Тахрир».

Белки-летяги светятся в темноте ярко-розовым, и никто не знает почему

Белки-летяги – это очаровательные маленькие млекопитающие, которые весят всего 250 граммов. Оказывается, животики у трех видов таких летучих грызунов, обитающих в Северной Америке, под ультрафиолетом светятся флуоресцентным розовым цветом. Ученые, которые обнаружили это явление, до сих пор точно не знают, почему так происходит.

Исследование ярко-розовых летающих грызунов началось со счастливого открытия. Доцент Нортлендского колледжа в Висконсине Джонатан Мартин, который ранее интересовался темой флуоресценции в природе и читал исследования о светящихся лягушках, возвращался ночью из похода. «И вдруг я увидел розовое пламя», – вспоминает он. «Это было просто прекрасно», – говорит ученый.

К разгадке явления подключилась Элли Колер, которая учится в университете в Техасе. Она отправилась в Музей науки Миннесоты. «Я быстро пошла туда, просмотрела музейные экспонаты, и каждая белка-летяга была под ультрафиолетом ярко-розовой», – вспоминает она. Исследователи также проверили грызунов еще в одном музее в Чикаго, и там было то же самое.

Эти белки-летяги бывают трех разных видов, но все относятся к роду Glaucomys. Они активны ночью, на рассвете или в сумерках, поэтому являются ночными и сумеречными млекопитающими.

Ученые также проверили белок, которые активны в течение дня. Но такие грызуны не светятся при ультрафиолете.

Интересно, что ярко-розовый цвет активно проявляется на животике белок-летяг. Исследователи предполагают, что для этого есть несколько причин. Среди гипотез: цвет помогает грызунам каким-то образом общаться, избегать хищников или может пригодиться в заснеженной местности.

Между прочим, флуоресценция – это когда вещество испускает свет с большей длиной волны после удара светом с более короткой длиной волны. В этом случае ультрафиолетовый свет попадает на белок глаза и отсылается обратно в виде розового оттенка, который могут видеть люди.

Исследования показали, что глазные линзы летучих белок способны пропускать ультрафиолетовый свет, но неясно, что вообще белки видят. «Настоящий вопрос, – говорит Элли Колер, – обрабатывает ли их мозг эту информацию?»

Оказывается, в природе есть много поразительных светящихся, мигающих и переливающихся дивным цветом живых существ.

Так, светляки излучают желтый, зеленый или красный цвет. Причем одни жуки могут светиться непрерывно, другие мигают, третьи мерцают. Как правило, они это делают для коммуникации между полами. С помощью подобных сигналов светляки продемонстрируют призыв, согласие или отказ.

Медузы в Южном море своим свечением заманивают различные мелкие организмы, например, маленьких рачков, и те становятся легкой добычей.

Брюшко бразильской светящейся акулы излучает яркий зеленый люминесцентный свет, который делает хищную рыбу менее заметной при взгляде снизу. Таким изящным способом акула маскируется.

Улитка-фонарик загорается сине-зеленым светом в момент приближения опасности. Есть и другие улитки, которые способны на тусклые вспышки, то эта сияет подобно мощному фонарику.

А еще существуют светящиеся грибные комары, которые обитают в удивительных пещерах в Новой Зеландии, на Северном острове вблизи города Уэйтомо.

И даже морской сапфир — не драгоценный камень, а крошечное головоногое ракообразное существо. Микроорганизм мерцает, переливаясь из одного полупрозрачного цвета в другой. Такой функцией обладает только самец. Видимо, таким образом он привлекает к себе самку.

Американские летяги научились светиться в темноте

Шкурка южной американской летяги (Glaucomys volans). Слева — фотография в видимом, справа — в ультрафиолетовом свете.
Northland college

Американские летяги испускают розовое флуоресцентное свечение в ультрафиолетовом свете, сообщается в Journal of Mammalogy. Зачем они это делают, пока непонятно, но исследователи предполагают, что так летяги защищаются от сов, которые на них часто охотятся. Совы тоже флуоресцируют в темноте, так что для летяг флуоресценция может быть формой мимикрии. Либо свечение может выполнять сигнальные функции.

На сегодняшний день известно довольно много позвоночных, умеющих флуоресцировать — рыбы, в том числе рифовые; птицы, рептилии, земноводные. Ученые находили флуоресцентные соединения в костях, перьях и шкуре таких животных. «Флуоресцирующих» млекопитающих гораздо меньше. Шкура или кожа светятся в ультрафиолетовом свете только у многих опоссумовых — сумчатых, обитающих в Новом свете. Но теперь биологи обнаружили еще три вида млекопитающих, испускающих видимое флуоресцентное свечение — американских летяг (род Glaucomys).

Американские летяги относятся к семейству беличьих (Sciuridae) и обитают в Северной Америке, от Канады до Гондураса. До недавнего времени биологи выделяли два вида глаукомисов — северную (Glaucomys sabrinus) и южную (Glaucomys volans). В прошлом году одну из популяций северных летяг признали отдельным видом и назвали летягой Гумбольдта (Glaucomys oregonensis). Внешне они похожи на белок, но у летяг по бокам между передними и задними лапами есть кожная перепонка, с помощью которой они планируют между деревьями. Летяги активны ночью и в сумерках в течение всего года; у них есть два пика активности — во время рассвета и заката. Как раньше отмечали исследователи, в сумерках интенсивность ультрафиолетового излучения выше, чем в течение дня. Поэтому, возможно, что оно играет роль в восприятии и коммуникации глаукомисов.

Читайте также:  В Киргизии создан орнитологический центр для ястребов и кречетов

Флуоресценцию у американских летяг обнаружили случайно. В мае 2017 года биолог из Нортленд колледжа Джонатан Мартин (Jonathan G. Martin) наблюдал за лесными растениями и пиявками. Он пользовался ультрафиолетовым фонариком и в свете фонаря заметил южную летягу (Glaucomys volans), которая светилась ярко-розовым светом. Ученый заинтересовался и решил изучить этот феномен подробнее. Для этого он пригласил коллег из Нортленд колледжа и Техасского университета A&M. Исследователи фотографировали в видимом и ультрафиолетовом свете шкурки 109 летяг разных видов из музейных коллекций, а также пять живых летяг. Для сравнения они фотографировали шкурки других беличьих — каролинской (Sciurus carolinensis), лисьей (Sciurus niger) и красной (Tamiasciurus hudsonicus) белок.

Оказалось, что 108 из 109 шкурок и все пять живых летяг светились розовым в ультрафиолетовом свете. Флуоресцентного свечения у других беличьих исследователи не нашли. Интенсивнее всего светились хвост и брюхо животных, а меньше всего — подбородок и шея. Хотя все глаукомисы (шкурки и живые) флуоресцировали с разной яркостью, зависимости между полом, видом, временем и местом обитания животных и интенсивностью свечения ученые не обнаружили.

Ученые полагают, что летяги сами вырабатывают флуоресцентные вещества, а не берут их извне (например, поедая флуоресцентных пиявок). Слишком уж велик ареал их обитания (практически весь континент) и отсутствует зависимость от других факторов. Предположительно, флуоресценция может выполнять сигнальные функции (например, животные сообщают друг другу о своем присутствии, планируя между деревьями). Возможно, что она помогает летягам спастись от хищников — обыкновенной сипухи и виргинского филина. Эти птицы в ультрафиолетовом свете тоже испускают ярко-розовое или пурпурное свечение. Так что флуоресценция летяг может быть формой мимикрии.

Кроме летяг, планировать умеют некоторые сумчатые — кускусы и сумчатые летяги и почти все шипохвосты, которых назвали так потому, что часть хвоста у них покрыта чешуйками с шипами. Самые крупные «планеры» среди млекопитающих, шерстокрылы, могут пролететь на 130-140 метров.

Нобелевская премия по химии 2008 года.«Подсветка» для клетки

Кандидат физико-математических наук Е. ЛОЗОВСКАЯ.

Зелёный флуоресцирующий белок (green fluorescent protein, GFP) впервые обнаружили в 1962 году в организме медузы Aequorea victoria. Тогда никто не подозревал, что спустя десятилетия GFP из медузы и флуоресцирующие белки из других морских животных станут важнейшим инструментом в биологических и медицинских исследованиях.

А началась эта история так. В 1960 году уроженец Японии Осаму Шимомура, успешно начавший изучение биолюминесценции морских моллюсков в университете Нагоя, получил приглашение на работу в лабораторию Франка Джонсона в Принстоне, престижном американском университете. Объектом его исследований стала небольшая медуза из рода экворея, обитающая в северной части Тихого океана. В спокойном состоянии эта медуза бесцветна, а в ответ на раздражение края её «зонтика» начинают светиться зеленоватым светом. Вначале Шимомура выделил из эквореи люминесцентный белок, получивший название «экворин». Экворин обладает способностью к свечению только в присутствии ионов кальция, а источником энергии служит химическая реакция окисления целентеразина — низкомолекулярного вещества, соединённого с экворином в комплекс.

Шимомура и Джонсон обратили внимание на то, что в лабораторных условиях экворин испускает синий свет, хотя у живой медузы свечение зелёное. Оказалось, что в клетках эквореи есть ещё один удивительный белок: если его облучить синим или ультрафиолетовым светом, он даёт зелёное свечение (флуоресценцию). Этот белок и получил впоследствии название GFP. В организме медузы происходит безызлучательный перенос энергии синего света от экворина к находящейся рядом молекуле GFP, которая и преобразует её в зеленоватое свечение.

В конце 1970-х годов Шимомура смог установить природу хромофора — той химической группы в составе зелёного флуоресцирующего белка, которая поглощает и испускает свет. Свечение GFP, в отличие от экворина и других белков, участвующих в биолюминесценции, не связано с химическими реакциями: он светится в ответ на облучение синим или ультрафиолетовым светом. Именно способность к флуоресценции и легла в основу последующего использования GFP в качестве светящейся белковой метки, которая может сделать видимыми процессы в живых клетках.

Однако, чтобы широкое применение зелёного флуоресцирующего белка стало возможным, требовалось решить важную задачу — выделить ген, кодирующий GFP. Первым это сделал американский биохимик Дуглас Прашер. В 1985 году он клонировал ген экворина, а затем в 1987 году, получив небольшой грант на исследование, приступил к определению нуклеотидной последовательности зелёного флуоресцирующего белка. В 1992 году работа по клонированию гена GFP была завершена. Однако в Океанологическом институте в Массачусетсе, где в то время трудился Прашер, генетические исследования считались непрофильными. Специалисты по биолюминесценции особого интереса к ним не проявляли, а финансирование по гранту к тому времени давно закончилось. В итоге Прашер, опубликовав результаты в престижном научном издании «Gene», был вынужден прекратить эксперименты. Образцы полученной им генетической конструкции GFP он безвозмездно передал другим исследователям, в том числе Мартину Чалфи и Роджеру Циену. Осуществить блестящую идею сшивки гена флуоресцирующего белка и гена любого другого белка Прашеру не удалось. Вскоре ему пришлось перейти в институт с другой тематикой, а затем и вовсе бросить науку. Сейчас Прашер работает водителем в фирме, продающей автомобили, в городке Хантсвилль штата Алабама. На присуждение премии его коллегам Прашер отреагировал с юмором: «Если нобелевские лауреаты соберутся к нам в Хантсвилль, пусть пригласят меня на обед».

Разработка практического применения GFP в качестве светящейся метки связана с именем второго нобелевского лауреата — Мартина Чалфи, профессора Колумбийского университета. Он впервые узнал о существовании зелёного флуоресцирующего белка в 1988 году, на семинаре по биолюминесценции, проводившемся в университете. У Чалфи возникла идея использовать GFP как индикатор при исследованиях круглого червя-нематоды Caenorhabditis elegans (этот маленький прозрачный червячок был любимым объектом экспериментов Сидни Бреннера, лауреата Нобелевской премии 2002 года). В 1992 году, попросив у Прашера клонированный ген зелёного флуоресцирующего белка, Чалфи поручил своей аспирантке Гайе Юскирхен внедрить его в геном кишечной палочки Escherichia coli. Вскоре работа была успешно выполнена — во флуоресцентном микроскопе бактерии светились зелёным светом. Теперь учёные не только имели зелёный флуоресцирующий белок в достаточном количестве для дальнейших исследований, но и могли широко экспериментировать с внедрением его в другие организмы. В 1994 году Чалфи осуществил задуманное — встроил ген GFP в определённые участки генома нематоды C. elegans. В результате у потомства нематоды нейроны стали светиться зелёным светом, как «зонтик» у медузы. Так учёные получили возможность наблюдать работу рецепторных нейронов живого организма.

Читайте также:  Николай Дроздов дал комментарии по поводу слухов о его скандальном уходе из «В мире животных»

Третий нобелевский лауреат — Роджер Циен из Калифорнийского университета в Сан-Диего получил Нобелевскую премию за то, что смог более детально разобраться в механизме флуоресценции GFP и в 1996 году синтезировать его разновидности, которые светятся в голубой, циановой и жёлтой областях спектра. Более того, в 1997 году работавший тогда в лаборатории Циена японский исследователь Атсуси Мияваки на основе цианового и жёлтого флуоресцирующих белков создал первый генетически кодируемый биосенсор на кальций.

Сейчас в распоряжении исследователей имеется большой набор разных флуоресцирующих генетически кодируемых маркеров и молекулярных биосенсоров, которые можно одновременно использовать для изучения процессов, происходящих с живыми клетками и отдельными внутриклеточными белками. Эта гамма светящихся белков была бы неполной без исследований Сергея Лукьянова из Института биоорганической химии РАН. Начиная с 1999 года его лаборатория открыла целое семейство GFP-подобных белков, которые светятся в жёлтой, красной и дальнекрасной областях. Причём выделены эти белки из морских кораллов, которые, в отличие от медузы эквореи, способностью к биолюминесценции не обладают.

Флуоресцирующие белки совершили настоящий переворот в исследованиях живых клеток. С их помощью можно проследить, как в экспериментах идёт синтез белков, как формируются нейронные связи, как развивается эмбрион и многое-многое другое.

КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ В НОВОМ СВЕТЕ

Кандидат химических наук В. ВЕРХУША, руководитель лаборатории и профессор кафедры анатомии и структурной биологии Медицинского колледжа им. Альберта Эйнштейна (г. Нью-Йорк, США).

Самый большой вклад флуоресцирующие белки внесли в клеточную биологию. До открытия зелёного флуоресцирующего белка учёные могли получать изображения мёртвых клеток, окрашенных искусственными красителями. GFP и более современные разноцветные белки позволили фотографировать живую клетку в движении (перемещении) и развитии.

Почему только после открытия GFP стало возможно «увидеть», как работают белковые молекулы в живых клетках и тканях организма?

Во-первых, в отличие от других флуоресцентных меток, GFP-подобным белкам для свечения не нужны никакие вспомогательные вещества, кроме молекулярного кислорода, поэтому клетка остаётся живой и неповреждённой.

Во-вторых, в отличие от других красителей, GFP — это белковая молекула, которая синтезируется в клетке по своему генетическому коду. А современные методы генной инженерии позволяют «сшить» ген любого белка с геном флуоресцирующего белка, а затем внести эту генетическую «химеру» в клетку или модельный организм. Такая генетически модифицированная клетка начинает синтезировать сложный «химерный» белок, содержащий светящуюся белковую молекулу.

В-третьих, молекула флуоресцирующего белка достаточно маленькая и поэтому практически не влияет на своего «партнёра». Это означает, что вся сложная белковая конструкция выполняет те же функции, что и сам белок без флуоресцентной метки.

К примеру, фермент после генетической «сшивки» с флуоресцирующим белком остаётся тем же самым ферментом, но с одним очень важным отличием — он становится видимым под флуоресцентным микроскопом. Теперь можно посмотреть, где находится этот фермент в живой клетке, как он перемещается из одной клеточной структуры в другую, как меняется его количество под воздействием каких-либо лекарственных веществ и т.д.

Флуоресцирующие белки позволяют изучать локализацию белков внутри клетки или их достаточно медленные (в течение минут) перемещения. Чтобы изучить очень быстрые (с временным разрешением до сотен миллисекунд) движения белков, современные исследователи пошли дальше, чем нобелевские лауреаты, и создали фотоактивируемые флуоресцирующие белки. Исходно такой белок либо вообще не флуоресцирует, либо флуоресцирует одним цветом. После облучения коротким импульсом лазера фотоактивируемый белок либо становится флуоресцентным, либо меняет свет флуоресценции. Выполнив серию снимков, можно проследить за распространением «химерной» белковой конструкции из области лазерного облучения в другие части клетки. Использование фотоактивируемых белков в сочетании с многолазерными микроскопами и новейшими методами обработки изображения позволяет получать снимки клеток и внутриклеточных структур с пространственным разрешением на порядок выше (то есть 15—25 нанометров), чем в классической оптике.

Созданием фотоактивируемых флуоресцирующих белков, в частности, занимается лаборатория Сергея Лукьянова в Институте биоорганической химии РАН, в которой открыли первый красный флуоресцирующий белок. История этого открытия такова. К 1999 году в области разработки и синтеза флуоресцирующих белков наметился застой. Несмотря на огромные усилия и достаточное финансирование, учёным не удавалось синтезировать варианты GFP, светящиеся в оранжевой и красной областях. Без этого невозможно наблюдать за функционированием нескольких белков одновременно.

В это время Михаил Матц в лаборатории Лукьянова и Юлий Лабас из Института экологии и эволюции РАН предположили, что интенсивная окраска кораллов и их флуоресцирующее свечение в ультрафиолете могут быть связаны с наличием в них GFP-подобных белков. К проверке этой смелой гипотезы подключилась вся лаборатория, и вскоре был клонирован ген первого красного флуоресцирующего белка, названного DsRed. Впервые было показано, что флуоресцирующие белки достаточно широко распространены в морских организмах. Открытие группы Лукьянова вызвало целый вал научных публикаций. К настоящему времени учёные по всему миру клонировали более 200 генов различных флуоресцирующих белков из морских организмов. Количество же существующих генетических модификаций этих белков на порядок больше.

За 15 лет активных исследований полезные свойства GFP-подобных белков были многократно усилены. Учёные создают новые формы GFP-подобных белков со спектрами флуоресценции в дальнекрасной области, где собственная фоновая флуоресценция тканей и клеток, обычно мешающая получению хороших изображений, минимальна. С открытием жёлто-оранжевых, красных и дальнекрасных белков стало возможным наблюдать до пяти «химерных» белковых конструкций в клетке одновременно. В сочетании с новыми так называемыми двухфотонными микроскопами, лазерный свет которых проникает на глубину до нескольких миллиметров, дальнекрасные белки позволят делать снимки клеток и внутриклеточных структур не только на поверхности, но и внутри живой ткани. Учёные работают также над созданием новых молекулярных флуоресцирующих биосенсоров, позволяющих количественно измерять в клетках активность ферментов, концентрацию различных клеточных метаболитов, взаимодействие между внутриклеточными белками и многое другое.

Светящиеся белки, безусловно, ожидает большое будущее.

Информация Нобелевского комитета www.nobelprize.org

Лабас Ю. А., Гордеева А. В., Фрадков А. Ф. Флуоресцирующие и цветные белки // Природа, 2003, № 3.

Pieribone V., Gruber D. F., S. Nasar. Aglow in the Dark: The Revolutionary Science of Biofluorescence. — Harvard University Press, 2005.

Степаненко О. В., Верхуша В. В., Кузнецова И. М., Туроверов К. К. Флуоресцентные белки: физико-химические свойства и использование в клеточной биологии // Цитология, 2007, т. 49, № 5, с. 395—420.

Лозовская Е. Почему они светятся // Наука и жизнь, 2004, № 8.

Ссылка на основную публикацию