Исследователи раскрыли механизм, лежащий в основе стратегии морского кормления, которая может стать ценным возобновляемым источником биотоплива.
Их исследование было опубликовано в виде отредактированного препринта в журнале eLife , а исправленная версия появилась сегодня. Редакторы описывают его как важное исследование, предоставляющее убедительные доказательства того, как морской слизень Aplysia kurodai оптимизирует переваривание бурых водорослей в классической «гонке вооружений» хищник-жертва на молекулярном уровне . Выводы авторов подтверждаются экспериментальными белковыми структурами и ферментными анализами и открывают перспективы для биотехнологических применений в производстве биотоплива.
На протяжении миллионов лет хищники успешно эволюционировали вместе со своей добычей, чтобы поддерживать экологический баланс. В морской среде обитания взаимодействие между водорослями и морскими травоядными животными доминирует в морских экосистемах , причем большая часть водорослей потребляется травоядными животными.
Стратегия питания морского слизняка Aplysia kurodai привлекла внимание, поскольку, когда он питается бурыми водорослями, он превращает углевод, называемый ламинарином, в глюкозу, которую можно использовать в качестве возобновляемого источника топлива. Однако, чтобы защитить себя от морских слизней и других травоядных, бурые водоросли производят вторичный метаболит, называемый флоротаннином, который блокирует это пищеварение, препятствуя потенциальному использованию бурых водорослей в качестве сырья для биотоплива.
«Фермент, ответственный за расщепление ламинина в морских слизняках, называется akuBGL, и он блокируется флоротаннином. Чтобы противодействовать этой антихищнической адаптации бурых водорослей, травоядные животные вырабатывают в своей пищеварительной системе вещество под названием EHEP, которое защищает от флоротаннинов», — объясняет Ко. — первый автор Сяомей Сунь, постдоктор факультета передовых наук о жизни Университета Хоккайдо, Япония. «Хотя эта стратегия защиты и противозащиты известна, подробный молекулярный механизм, лежащий в ее основе, остается неясным».
«В нашем исследовании мы стремились понять механизм этого процесса, чтобы получить пользу от применения этой системы питания бурыми водорослями в биотопливной промышленности», — добавляет соавтор Юксин Е, постдоктор факультета передовых наук о жизни Университета Хоккайдо. .
Поскольку выделить отдельные химические вещества из флоротаннинов, обнаруженных в водорослях, сложно, исследователи использовали аналог под названием TNA, чтобы изучить его взаимодействие с ферментом akuBGL морского слизняка и белком EHEP. Они использовали рентгеновскую кристаллографию и компьютерное моделирование , чтобы определить структуру EHEP с TNA и akuBGL и без них.
Затем они использовали структуру akuBGL для построения моделей фермента и смоделировали связывание как нормального субстрата (углевода ламинарина), так и TNA. Исследуя взаимодействие TNA и фермента akuBGL с EHEP и без него, они смогли предложить молекулярный механизм ингибирования akuBGL флоротаннином и то, как EHEP защищает от этого.
В отсутствие EHEP флоротаннин занимает субстратсвязывающий карман внутри akuBGL, предотвращая связывание ламинарина и останавливая выработку глюкозы. Когда присутствует EHEP, он конкурентно связывается с флоротаннином, освобождая карман связывания akuBGL, чтобы метаболизм глюкозы происходил в обычном режиме.
«Наше исследование представляет молекулярный механизм пищеварительно-защитно-наступательной ассоциации между бурыми водорослями и их травоядными хищниками, морскими слизняками», — заключает старший автор Мин Яо, почетный профессор факультета передовых наук о жизни Университета Хоккайдо. «Это обеспечивает молекулярную основу для применения бурых водорослей в биотопливной промышленности».
