Исследователи обнаружили, что некоторые опсины кораллов используют для этой функции ион хлора из окружающей среды.
Кораллы «видят» с помощью ионов хлора вместо аминокислот. (Изображение)
Тоби Хадсон
Новое исследование выявило уникальный механизм у рифообразующих кораллов, позволяющий им переключать свою светочувствительность между ультрафиолетовым и видимым светом, используя ионы хлора из окружающей среды. Это новаторское открытие открывает новый подход к пониманию белковой инженерии и их функций.
Недавнее исследование, проведённое в Высшей школе естественных наук Университета Осаки, фундаментально меняет научное понимание функционирования опсинов — светочувствительных белков, отвечающих за зрение. В большинстве опсинов животных отрицательно заряженная аминокислота действует как противоион, обеспечивая поглощение видимого света.
В ходе нового исследования было обнаружено, что некоторые коралловые опсины используют для этой функции ион хлора из окружающей среды, что является новым открытием для диких животных опсинов.
Этот новый механизм показывает, как кораллы, несмотря на отсутствие глаз, могут чувствовать свет и реагировать на него, или, другими словами, как они адаптируются к окружающей среде. Это новое понимание имеет решающее значение для понимания того, как кораллы могут реагировать на угрозы, связанные с изменением климата, такие как закисление океана, которое характеризуется изменениями pH.
Новый класс опсинов
В исследовании, опубликованном в журнале ELife 1 сентября 2025 года, учёные из Осаки изучили, как коралл Acropora tenuis может улавливать свет и реагировать на изменение условий океана. Хотя у кораллов нет глаз и мозга, они не слепые.
Как и многие организмы, они используют белки опсины — то же семейство светочувствительных белков, что и в сетчатке глаза человека, — для обнаружения света в окружающей среде. Однако исследователи обнаружили новую группу опсинов.
Эти опсины ASO-II обладают уникальными свойствами, которые отличают кораллы от млекопитающих. Используя мутационные эксперименты, спектроскопию и целенаправленное продвинутое моделирование, исследователи изучили новый механизм светочувствительности, сосредоточившись на опсине Antho2a.
Вместо аминокислот, которые используются в других опсинах животных, опсины ASO-II используют ионы хлора. Согласно пресс-релизу, это первый случай, когда учёные обнаружили опсин, использующий неорганические ионы подобным образом.
«Мы обнаружили, что ионы хлора стабилизируют основание Шиффа слабее, чем аминокислоты», — сказал Юсуке Сакаи, научный сотрудник лаборатории Теракиты и первый автор исследования. «Таким образом, опсин может обратимо переключаться между чувствительностью к видимому свету и УФ-чувствительностью в зависимости от pH».
Рифообразующие кораллы могут переключать свою чувствительность между видимым светом и ультрафиолетом в зависимости от кислотности среды. В условиях повышенной кислотности их опсины реагируют на видимый свет; в условиях повышенной щелочности они переключаются обратно на ультрафиолет.
Эта способность к переключению может быть тесно связана с взаимоотношениями кораллов с водорослями. Поскольку водоросли, живущие внутри клеток кораллов, изменяют внутренний pH в процессе фотосинтеза, светочувствительность кораллов может меняться в режиме реального времени, что позволяет поддерживать тонкую настройку этого взаимодействия.
Открытие несет в себе многообещающие перспективы для биотехнологий.
«Было показано, что опсин ASO-II Acropora tenuis регулирует ионы кальция в зависимости от света, что указывает на потенциальное применение в качестве оптогенетического инструмента, чувствительность к длине волны которого меняется в зависимости от pH», — сказал в пресс-релизе Мицумаса Коянаги, профессор Высшей школы наук Университета Осаки Метрополитен и один из ведущих авторов исследования.
Эти коралловые опсины могут регулировать ионы кальция в зависимости от света, что позволяет предположить возможность их использования в качестве оптогенетических инструментов с уникальным преимуществом: их чувствительность к длине волны меняется в зависимости от pH, открывая путь к новым формам светового контроля в биологии и медицине.
Исследование опубликовано в журнале ELife.
Sourse: interestingengineering.com
