La bioluminescenza del fito placton: le onde luminose

10.09.2012

Questa foto non è uno scherzo o una elaborazione di grafica: un effetto di questo genere naturale è stato finalmente spiegato dal biologo marino Woodland Hastings della Harvard University. Questa luminescenza affascinante è presente tra molte specie di organismi, che vanno da calamari e meduse ai batteri, lucciole, e lucciole. Bioluminescenza è evoluto un numero di tempi diversi, e gli enzimi e substrati che la provocano, denominato luciferases e luciferins, differiscono tra i gruppi principali organismi.

La bioluminescenza – nelle onde è prodotta da minuscole forme di vita vegetale marina, il fitoplancton (ovvero l’insieme degli organismi presenti nel plancton in grado di sintetizzare sostanza organica da sostanze inorganiche disciolte, utilizzando la radiazione solare come fonte di energia) e ora gli studiosi hanno scoperto come fanno.Varie specie di fitoplancton producono bioluminescenza, e la loro luce può essere vista nei mari di tutto il mondo.

Il tipo più diffuso è prodotto dai cosiddetti dinoflagellati, alghe microscopiche acquatiche contenenti clorofilla. Uno studio co-firmato da Hastings ha identificato nella membrana cellulare dei dinoflagellati una particolare conformazione a canale che risponde ai segnali elettrici, e che potrebbe essere alla base del meccanismo che consente ai microrganismi di produrre luce.Oltre a batteri e dinoflagellati, che, con i suoi studenti e colleghi, ha pubblicato articoli sulle biochimici e molecolari dei meccanismi della produzione di luce e pesci con batterica organi luminosi. Il suo laboratorio ha prodotto la prima prova di quorum sensing nei batteri.

La mia ricerca riguarda le componenti molecolari che regolano il ciclo circadiano, il cosiddetto "orologio biologico" e il meccanismo dell'oscillatore cellulare stesso e partecipano. L'orologio circadiano controlla molti processi palesi, come il ciclo sonno/veglia, ma nei casi analizzati, la base fondamentale comporta l'espressione di gene.

Stiamo studiando un dinoflagellato unicellulari modello, Gonyaulax, in cui abbiamo dimostrato che l'espressione circadiano della bioluminescenza coinvolge una sintesi quotidiana e la distruzione di due proteine coinvolte nella reazione biochimica. Tuttavia, il mRNA per queste proteine rimane allo stesso livello di giorno e notte, così che la sintesi è controllata a livello traslazionale. Questo controllo sembra essere coinvolgere una proteina che si lega nella regione non tradotta 3' del messaggio; l'attività dell'associazione si riduce all'esordio della notte, quando inizia la sintesi del sistema di luminescenza, e viceversa, indicando che essa funzioni come un repressore orologio-controllato. Il sito di legame di questa proteina abbraccia una regione di nt-lungo 22, che contiene 7 ripetizioni UG.

Altri processi ed altre proteine in Gonyaulax sono anche regolati dall'orologio circadiano, alcuni con la massima attività durante il giorno. Attualmente stiamo studiando la regolazione di queste proteine differenti-questo dovrebbe dare comprensione riguardo il meccanismo molecolare dell'orologio circadiano.

Il nostro laboratorio sta anche studiando la biologia cellulare e biochimica di luminescenza nella Gonyaulax, localizzazione cellulare e nel controllo degli organelli che emettono luce e il gene della luciferasi in questo organismo. La ricerca riguarda anche gli aspetti fondamentali delle reazioni che emettono luce, compresi i meccanismi di chemiexcitation e i ruoli specifici di luciferases.

Negli ultimi anni, Hastings ha studiato un'altra specie di dinoflagellato, il eterotrofi N. scintillans . Da qualche tempo, il gene della luciferasi di Noctiluca clonata è evasa, ma nel suo articolo PNAS inaugurale con Liu, il successo Hastings relazioni nella clonazione del gene e la scoperta che la sua struttura, pur avendo elementi simili ad altre specie, si differenzia in maniera intrigante. Messo in allarme per una "marea rossa" di Noctiluca nel Golfo del Messico, è andato subito a raccoglierle. "Wow, sono arrivati gli organismi", esclama Hastings. "In pochissimi minuti, le reti sono state brulicanti di Noctiluca e quasi nient'altro. Abbiamo portato le cellule congelate a Harvard, ma la clonazione non è stata semplice. "

Nell'articolo, segnalano che Noctiluca luciferasi 's ha solo un singolo dominio catalitico, privo di residui responsabili per il controllo del pH. Curiosamente, un secondo dominio delle gene codifica per una proteina di legame luciferina-come sequenza, che in Gonyaulax verifica come sia un gene separato. Così una singola proteina in Noctiluca sembra possedere sia catalitica e le proprietà del substrato di legame, che si trova nelle proteine separate in altre specie.