Uloupený bioluminiscenční protein

Drobná tropická ryba metařík žlutý (Parapriacanthus ransonneti) má schopnost bioluminiscence. Ze specializovaných orgánů na břiše vydává slabé modré světlo. Díky bioluminiscenci ryba zdánlivě nevrhá stín na živočichy níže ve vodním sloupci, což je v oceánu populární maskovací strategie. To by samo o sobě nebylo nic převratného, protože bioluminiscence byla pozorována u přibližně dvou set druhů ryb a vyvinula se u nich mnohokrát nezávisle na sobě. Výjimečný se ale ukázal způsob, jak metařík ke schopnosti vydávat světlo přišel. K produkci bioluminiscence je potřeba dvou základních komponent, substrátu obecně zvaného luciferin a enzymu luciferázy, který substrát oxiduje za vzniku světla. Ryby většinou netvoří substrát samy, ale získávají ho z potravy, což se vědělo i o metařících.

Tým japonských vědců měl v novém výzkumu za cíl především odhalit gen metaříků kódující enzym luciferázu. Po genetické a biochemické analýze luciferázy ze světelných orgánů ryby ale přišlo překvapení. Hmotnostní spektrometrie, reakce protilátek a tvar luminiscenčního spektra ukázaly, že enzym je totožný s luciferázou drobných korýšů lasturnatek Cypridina noctiluca. Sekvenování RNA potvrdilo nepřítomnost genu pro luciferázu u metaříků, a proto bylo nejlogičtějším vysvětlením, že ryby enzym přijímají z potravy. Vědci výsledek potvrdili rafinovanými experimenty s krmením rybek různými druhy korýšů, což vyvolávalo nebo potlačovalo bioluminiscenci.

Získávání enzymu z potravy je unikátní mechanismus a znamená to, že luciferáza musí přežít ve střevě ryb. Další experimenty prokázaly, že enzym lasturnatek je skutečně neobvykle odolný vůči proteázám a změnám pH v trávicím traktu ryb. Získání nové funkce díky proteinu z potravy, který není kódován v genomu organismu, je svébytnou strategií, jak přijít k evoluční inovaci. Podobnou loupeživou strategii vynalezli například mořští plži, kteří získávají plastidy nebo žahavé buňky z řas a žahavců, kteří jim slouží jako potrava.

Hejno metaříků žlutých. Bioluminiscence je chrání před predátory.Snímek Kevin Lino NOAA , NMFS, PIFSC, ESD, licence CC BY 2.0

Bessho-Uehara M. et al.: Science Advances, 2020, DOI: 10.1126/sciadv.aax4942