Биологи: окрас байкальских рачков оказался связан с обонянием

Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов. Это выяснили сотрудники НИИ биологии Иркутского государственного университета, сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

В частности, оказалось, что у байкальских амфипод за окраску отвечают ранее неизученные белки, которые у других (не байкальских) ракообразных заняты совсем иными функциями – участвуют в распознавании запахов. Результаты исследования опубликованы в журнале PeerJ. Исследование поддержано грантом Президентской программы РНФ.

Хорошо известно, что цвет ракообразных при тепловой обработке сменяется на ярко-красный. Например, темно-зеленый речной рак после варки становится «вареным» красным. Такое же яркое превращение происходит и с другими его родственниками: омарами, лангустами, креветками и другими широко известными представителями ракообразных. Механизмы, лежащие в основе этого явления, известны уже с середины прошлого века: ярко-красный каротиноид образует голубые или зеленые комплексы с белками, а при разрушении белков высвобождается, придавая ярко-красную окраску тканям рака.

Иркутские ученые, изучая разнообразие расцветок байкальских рачков, задались вопросом о механизмах, лежащих в их основе. По словам доктора биологических наук, директора НИИ биологии ИГУ и соавтора исследования Максима Тимофеева, в Байкале обитает более 350 видов и подвидов рачков амфипод – разноногих раков (отряд Amphipoda).

– Для специалистов-биологов байкальские амфиподы – это уникальная модельная система для изучения механизмов эволюции и адаптации, дающая неисчерпаемые возможности для проведения самых захватывающих исследований. Богатство расцветок байкальских рачков поражает: от практически прозрачных, темно-фиолетовых, красных и ярко-голубых. Разнообразие форм, размеров и раскраски этих удивительных организмов впечатлит любого, кто решит познакомиться с фауной древнего озера, – отмечает Максим Тимофеев.

Биологи решили разобраться с причинами, определяющими такое разнообразие. Специалистам было известно, что при разрушении белков происходит изменение цвета байкальских рачков на оранжевый, что позволило предположить работу механизма, схожего с тем, что работает у речных раков и омаров.

Чтобы найти белки, которые образуют комплексы с каротиноидами у байкальских бокоплавов и меняют их цвет, ученые сравнили белковый состав разных представителей вида Eulimnogammarus cyaneus. Этот массовый вид интересен тем, что несмотря на то, что для него характерна голубая окраска тела с ярко-оранжевыми антеннами, в популяциях встречаются и полностью оранжевые особи. Оказалось, что у оранжевых рачков по сравнению с голубыми резко снижено содержание двух белков. Чтобы изучить белки, ученые определили последовательность их составляющих (аминокислотную последовательность) на секвенаторе, а потом ионизировали их и измерили отношение массы к заряду на масс-спектрометре. Анализ дал необычный результат: белки были иными, ранее не известными для десятиногих раков.

Дополнительные эксперименты подтвердили, что именно эти белки связывают каротиноиды.

– Мы ожидали, что обнаружим белки, похожие на те, что определяют цвет десятиногих раков, а найденные белки вовсе не проявляли существенного сходства ни с какими известными белками из открытой базы данных последовательностей белков Uniprot. Наконец похожие последовательности удалось найти в данных секвенирования других видов бокоплавов и таким образом предположить их происхождение, – рассказывает первый автор статьи, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ Полина Дроздова.

Отличительная особенностью всех этих последовательностей – наличие домена, характерного для семейства феромон/одорант-связывающих белков. Белки этого семейства связываются с феромонами и летучими веществами, участвуя в распознавании запахов. Кроме того, для них характерен небольшой размер и большая стабильность, что в совокупности делает перспективным создание сенсоров на летучие вещества на их основе. В последние годы появляется все больше свидетельств того, что эти белки могут связываться с самыми разными гидрофобными («боящимися» воды) молекулами, но каротиноидов в этом списке еще не было.

– С фундаментальной точки зрения новый подкласс белков является крайне интересным примером независимого развития сходных механизмов окраски на основании разных молекул у разных групп ракообразных. С прикладной точки зрения обнаруженные белки интересны как потенциальный материал для систем разделения сложных смесей органических веществ, – уточняет Полина Дроздова.

Для исследования этой возможности нужно подробнее изучить механизм связывания найденных белков с каротиноидами, чему и посвящены текущие работы по проекту.

По инф. Телеинформа