Результаты недавнего исследования японских ученых из Высшей школы естественных наук Университета Осаки продемонстрировали способность кораллов переключать собственную светочувствительность между ультрафиолетовым и видимым светом с помощью ионов хлора.
Это открытие предлагает новый подход к пониманию белковой инженерии. Оно фундаментально меняет научное понимание светочувствительных белков опсинов, которые отвечают за зрение.
У животных в большинстве опсинов отрицательно заряженная аминокислота действует как противоион, обеспечивая поглощение видимого света. Исследование установило, что некоторые опсины кораллов используют для этого ионы хлора из окружающей среды.
Это демонстрирует, как кораллы, которые не имеют глаз, могут чувствовать свет и реагировать на него. Это также дает ученым понимание того, как кораллы реагируют на угрозы, связанные с изменением климата, в частности, закислением океана.
В рамках исследования японские ученые изучали, как коралл Acropora tenuis улавливает свет и реагирует на изменение условий в океане. Как и многие другие организмы, кораллы используют белки опсины — то же семейство светочувствительных белков, что и в сетчатке человеческого глаза, для обнаружения света в окружающей среде. В частности, исследователям удалось обнаружить неизвестную ранее группу опсинов.
Речь идет об опсинах ASO-II, обладающих уникальными свойствами, которые отличают кораллы от млекопитающих. С помощью экспериментов с мутациями, используя спектроскопию и целенаправленное продвинутое моделирование, исследователи сосредоточились на механизме светочувствительности опсина Antho2a.
Вместо аминокислот, которые используются в опсинах животных, ASO-II используют ионы хлора. Это первый выявленный случай использования неорганических ионов подобным образом.
«Мы обнаружили, что ионы хлора стабилизируют основу Шиффа слабее, чем аминокислоты. Таким образом, опсин может обратимо переключаться между чувствительностью к видимому свету и УФ-чувствительностью в зависимости от pH», — объяснил первый автор исследования, научный сотрудник лаборатории Теракиты Юсуке Сакаи.
В условиях повышенной кислотности опсины кораллов реагируют на видимый свет, а в условиях повышенной щелочности — на ультрафиолет. Эта способность может быть связана с тесным взаимодействием между кораллами и водорослями, поскольку водоросли, живущие внутри клеток кораллов, меняют внутренний pH в процессе фотосинтеза. Светочувствительность кораллов может изменяться в режиме реального времени, что позволяет поддерживать тонкую настройку взаимодействия между кораллами и водорослями.
«Опсин ASO-II Acropora tenuis регулирует ионы кальция в зависимости от света, что указывает на его потенциальное применение в качестве оптогенетического инструмента, чувствительность к длине волны которого меняется в зависимости от pH», — отмечает один из ведущих авторов исследования, профессор Мицумаса Коянаги.
Ученые надеются, что уникальную способность кораллов менять собственную светочувствительность в зависимости от pH можно будет использовать для разработки новых форм контроля над светом в биологии и медицине.
Результаты исследования опубликованы в журнале ELife
Источник: Interesting Engineering
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: