Ryska forskare med kollegor från Storbritannien, Spanien, Brasilien, Japan och Österrike har fullständigt beskrivit mekanismen för svampluminescens. De rapporterar att svampar endast använder fyra nyckelenzymer för att producera ljus och att överföring av dessa enzymer till andra organismer gör dem bioluminiscerande.

Vissa levande organismer kan glöda på grund av speciella kemiska reaktioner i deras kroppar. Sådana organismer kallas bioluminescerande; de inkluderar eldflugor, maneter och maskar, bland andra. De använder denna förmåga för att locka till sig byten, skrämma bort rovdjur, kommunicera och dölja sig. Forskare har identifierat tusentals arter av självlysande organismer och cirka 40 kemiska mekanismer för att avge ljus. De flesta av dessa mekanismer har endast delvis studerats, eller inte studerat alls.

Avkodning av mekanismen för svampluminescens möjliggjordes av år av tidigare forskning inom området. I början av 1800-talet, forskare upptäckte att mycel får ruttnande träd att glöda. År 2009, Anderson G. Oliveira och Cassius V. Stevani, medförfattare till denna artikel, fastställt att en enda biokemisk mekanism delas av alla svampar som avger ljus. Under 2015-2017 ett team ryska forskare ledda av Ilia Yampolsky gjorde en rad viktiga upptäckter. Särskilt, teamet bestämde strukturen för luciferin, molekylen som avger ljus när den oxideras.

När de genomförde sin nya studie, forskarna upptäckte en uppsättning enzymer som producerar denna molekyl, såväl som luciferas, ett ljusemitterande enzym. Forskarna använde olika typer av celler för att testa aktiviteten av luciferas, inklusive mänskliga cancerceller och klösgrodambryon. I samtliga fall, de fick positiva resultat:genen som introducerades var aktiv i celler, får dem att luminescera vid tillsats av luciferin

"Om du förstår hur ett bioluminiscerande system fungerar, du kan lägga de nödvändiga komponenterna i ett provrör och se luminescens. Ett viktigt steg i vårt arbete var att identifiera de viktigaste enzymerna för svampluminescens:de som katalyserar biosyntesen av luciferin och luciferaset. Vi lyckades använda en kombination av analytiska metoder som gjorde det möjligt för oss att "demontera" hela systemet i dess komponenter, " säger Konstantin Purtov, forskare vid Institutet för biofysik i Krasnoyarsk och en av forskarna i projektet.

Svampluminescenssystemet visade sig vara förvånansvärt enkelt. Forskare upptäckte enzymer som utför koffeinsyracykeln i svampceller - en väg för biosyntes av luciferin och emission av ljus. Aktiviteten hos dessa enzymer är nödvändig och tillräcklig för att varje koffeinsyraproducerande organism ska bli självlysande. Och om en organism inte innehåller koffeinsyra, luminescens kan induceras genom att lägga till ytterligare två enzymer, vilket författarna demonstrerade genom att konstruera en jäststam som lyser i mörkret.

"Vi har upptäckt i svampar komponenterna som behövs för att skapa en genetisk modul för bioluminescens; genom att överföra den från genom till genom, vi kan göra praktiskt taget vilken organism som helst självlysande, som tidigare varit ett ouppnåeligt mål för forskare, " förklarar Alexey Kotlobay, artikelns första författare, juniorforskare vid Laboratory of Chemistry of Metabolic Pathways vid Institutet för bioorganisk kemi i Moskva.

Enligt forskare, även om mycket har förståtts i genetiken för svampbioluminescens, det mest intressanta ligger fortfarande framför oss.

"Resultaten av vår studie öppnar möjligheter för ny grundforskning, till exempel, inom svampekologi eller i enzymers fotofysik, såväl som för att utveckla ny molekylär teknologi, " tillägger Yuliana Mokrushina, juniorforskare vid Laboratory of Biocatalysis vid Institutet för bioorganisk kemi, som delar det första författarskapet i den publicerade artikeln.

Det nya systemet kan användas för visualisering av olika biologiska processer, till exempel, för att spåra tumörtillväxt och migration av cancerceller, samt för att utveckla nya läkemedel. Resultaten av studien publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .