Russische wetenschappers met collega's uit het VK, Spanje, Brazilië, Japan en Oostenrijk hebben het mechanisme van luminescentie van schimmels volledig beschreven. Ze melden dat schimmels slechts vier belangrijke enzymen gebruiken om licht te produceren en dat de overdracht van deze enzymen naar andere organismen ze bioluminescerend maakt.

Sommige levende organismen kunnen gloeien door speciale chemische reacties in hun lichaam. Dergelijke organismen worden bioluminescent genoemd; ze omvatten vuurvliegjes, kwallen en wormen, onder andere. Ze gebruiken dit vermogen om prooien aan te trekken, verjaag roofdieren, communiceren en zich vermommen. Wetenschappers hebben duizenden soorten lichtgevende organismen geïdentificeerd en ongeveer 40 chemische mechanismen om licht uit te stralen. De meeste van deze mechanismen zijn slechts gedeeltelijk bestudeerd, of helemaal niet gestudeerd.

Decodering van het mechanisme van schimmelluminescentie werd mogelijk gemaakt door jarenlang voorafgaand onderzoek in het veld. In het begin van de 19e eeuw, wetenschappers ontdekten dat mycelium rottende bomen doet gloeien. In 2009, Anderson G. Oliveira en Cassius V. Stevani, co-auteurs van dit artikel, vastgesteld dat een enkel biochemisch mechanisme wordt gedeeld door alle schimmels die licht uitstralen. In 2015-2017, een team van Russische wetenschappers onder leiding van Ilia Yampolsky deed een reeks belangrijke ontdekkingen. Vooral, het team bepaalde de structuur van luciferine, het molecuul dat licht uitzendt wanneer het wordt geoxideerd.

Tijdens het uitvoeren van hun nieuwe studie, de wetenschappers ontdekten een reeks enzymen die dit molecuul produceren, evenals luciferase, een lichtgevend enzym. De onderzoekers gebruikten verschillende soorten cellen om de activiteit van de luciferase te testen, inclusief menselijke kankercellen en klauwkikkerembryo's. In alle gevallen, ze kregen positieve resultaten:het geïntroduceerde gen was actief in cellen, waardoor ze oplichten bij toevoeging van luciferine

"Als je begrijpt hoe een bioluminescent systeem werkt, je kunt de benodigde componenten in een reageerbuis doen en luminescentie zien. Een belangrijke fase in ons werk was het identificeren van de belangrijkste enzymen van luminescentie van schimmels:de enzymen die de biosynthese van luciferine en het luciferase katalyseren. We zijn erin geslaagd een combinatie van analytische methoden te gebruiken waarmee we het hele systeem in zijn componenten konden 'demonteren', " zegt Konstantin Purtov, research fellow aan het Institute of Biophysics in Krasnoyarsk en een van de onderzoekers van het project.

Het luminescentiesysteem van schimmels bleek verrassend eenvoudig. Wetenschappers ontdekten enzymen die de cafeïnezuurcyclus in schimmelcellen uitvoeren - een route voor de biosynthese van luciferine en emissie van licht. De activiteit van deze enzymen is noodzakelijk en voldoende voor elk cafeïnezuur-producerend organisme om luminescerend te worden. En als een organisme geen cafeïnezuur bevat, luminescentie kan worden opgewekt door nog twee enzymen toe te voegen, die de auteurs hebben aangetoond door een giststam te construeren die oplicht in het donker.

"We hebben in schimmels de componenten ontdekt die nodig zijn om een ​​genetische module voor bioluminescentie te creëren; door het van genoom naar genoom over te brengen, we kunnen vrijwel elk organisme lichtgevend maken, wat voorheen een onbereikbaar doel was voor onderzoekers, " legt Alexey Kotlobay uit, de eerste auteur van het artikel, junior research fellow bij het Laboratory of Chemistry of Metabolic Pathways van het Institute of Bioorganic Chemistry in Moskou.

Volgens wetenschappers, hoewel er veel is begrepen in de genetica van bioluminescentie van schimmels, de meest interessante dingen liggen nog in het verschiet.

"De resultaten van ons onderzoek bieden kansen voor nieuw fundamenteel onderzoek, bijvoorbeeld, in schimmelecologie of in de fotofysica van enzymen, en voor de ontwikkeling van nieuwe moleculaire technologieën, " voegt Yuliana Mokrushina toe, junior research fellow bij het Laboratorium voor Biokatalyse aan het Instituut voor Bioorganische Chemie, die het eerste auteurschap deelt in het gepubliceerde artikel.

Het nieuwe systeem kan worden gebruikt voor visualisatie van verschillende biologische processen, bijvoorbeeld, om tumorgroei en migratie van kankercellen te volgen, evenals voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .