Въпреки че са меки и бавни, морските краставици (клас Holothuroidea) са изненадващо жилави. Те филтрират водата за храна в сурови, бързо променящи се условия на океанското дъно, под постоянната заплаха от отровни бактерии. За да се предпазят както от хищници, така и от патогени, морските краставици произвеждат защитни токсини, наречени сапонини, както и техните близки братовчеди, морските звезди. Нови изследвания обаче установяват, че морските краставици са единствените бодлокожи – и сред единствените животни на Земята – които произвеждат химикали, наречени тритерпеноидни сапонини, които не тровят самите морски краставици благодарение на техните уникални метаболитни пътища.
Проучване, публикувано наскоро в Nature Chemical Biology, установява, че морските краставици са разработили начин за синтезиране на тези сапонини с различни ензими от тези, използвани от техните братовчеди бодлокожите и огромното мнозинство други животни. В този процес са развили механизъм, който ги прави имунизирани срещу собствените им сапонини.
„Мисля, че [изследването] е наистина впечатляващо“, отбелязва пред The Scientist Аналиса Пинсино (Annalisa Pinsino), морски биолог от Института по транслационна фармакология в Рим, която не е участвала в проучването. Тя казва, че тъй като морските краставици нямат адаптивен имунитет и трябва да разчитат на вродените си защити, за да оцелеят, „не е толкова изненадващо, че . . . морските краставици са развили нещо специално“, за да се защитят.
И преди това се е знаело, че морските краставици произвеждат тритерпеноидни сапонини, които се срещат по-често в растенията, отколкото в животните.
Тези химикали се свързват с молекулите на холестерола върху клетъчните мембрани и бързо причиняват смърт.
В новото проучване изследователите установяват, че морските краставици не произвеждат холестерол и имат много малко от него върху мембраните си, което им позволява да не се притесняват от сапонините. Изследователите, ръководени от Рамеш Тимапа (Ramesha Thimmappa), биолог от Университет Амити в Нойда, Индия, който преди това е работил с растителни тритерпеноиди, се опитват да разберат повече за това как и защо морската краставица произвежда тези редки съединения.
Сапонините на морските звезди са базирани на стероиди. Тритерпеноидите и стеролите се извличат от сходни молекули и молекулярните пътища за производство на двете включват ензими, наречени оксидосквалан циклази (OSC). Искайки да научат повече за това как тези пътища се различават сред бодлокожите, изследователите преглеждат геномите на човека, морския таралеж и морската звезда за ензим, наречен ланостерол синтаза (LSS), който е важен за производството на стерол, включително холестерол, в повечето животински видове и за производството на сапонини в морските звезди. За тяхна изненада изследователите установяват, че на морските краставици им липсва генът, който произвежда изцяло LSS, както и три други ензима, които позволяват на другите видове да произвеждат стероли. Вместо това, геномът на морската краставица съдържа два други гена за OSC.
Кредит: Thimmappa, R., Wang, S., Zheng, M. et al. Biosynthesis of saponin defensive compounds in sea cucumbers. Nat Chem Biol 18, 774–781 (2022). https://doi.org/10.1038/s41589-022-01054-y
За да проучат по-нататък, изследователите клонират и прехвърлят OSC гени от два вида морски краставици (Apostichopus japonicus и Parastichopus parvimensis) в дрожди, на които липсва генът за LSS. И двата гена не успяха да възстановят пълната функция на дрождите, което отново показва, че гените не кодират LSS. Екипът откри, че OSC гените на краставицата произвеждат две стеролоподобни молекули, като и двете участват в производството на тритерпеноиди. Тези молекули също така превръщат съединенията в подобни на холестерол молекули, които присъстват в клетъчните мембрани на морските краставици. Молекулите функционират подобно на холестерола, но техните различия помагат на животните да избегнат отравяне със сапонини. В друг експеримент изследователите вмъкват мутирали копия на OSC гените на морската краставица в дрождите, откривайки, че две отделни мутации, засягащи една аминокиселина, кодирана от LSS гена, са отговорни за променената функция и на двата OSC ензима на морската краставица.
Наличието на два OSC-кодиращи гена, нито един от които не е за LSS, е нещо „много изключително в животинското царство“, коментира Тимапа. Той добавя, че морските краставици са единствените известни животни, които имат два OSC-кодиращи гена, но не произвеждат собствен холестерол.
Екстрактите от морски краставици, особено сапонините, са високо ценени за медицински цели. Сапонините се използват като имунни адюванти във ваксините, обяснява Тимапа, и може да имат противовъзпалителни и противоракови свойства. Той казва, че се надява, че в бъдеще работата му може да помогне при разработването на начини за извличане на тези съединения от растения и дрожди, без да се смилат морски краставици, които са застрашени в някои части на света.
Жизненоважно е да се запазят тези същества, отбелязва Тимапа, защото те изпълняват подобни функции на земните червеи в почвата. Те пречистват и почистват от отломки и детрит океанското дъно и отделят богат на кислород пясък. „Морските краставици са много важни за околната среда“, подчертава изследователят.
Справка: Thimmappa, R., Wang, S., Zheng, M. et al. Biosynthesis of saponin defensive compounds in sea cucumbers. Nat Chem Biol 18, 774–781 (2022). https://doi.org/10.1038/s41589-022-01054-y
Източник: How the Sea Cucumber Defends Itself . . . From Itself, The Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари