Magdalena Ptak
XXXV LO z Oddziałami Dwujęzycznymi im. Bolesława Prusa w Warszawie
Koło Naukowe Biologii Molekularnej Uniwersytetu Warszawskiego
Świat – który znamy – stale nas zachwyca i zaskakuje. Z każdym krokiem poznajemy stworzenia tak niesamowite, że aż ciężko uwierzyć w ich istnienie oraz spryt działania mechanizmów natury. Jedną z tego typu anomalii wprawiających w zachwyt jest grupa bakterii bioluminescencyjnych, czyli posiadających zdolność do naturalnego wytwarzania światła.
Bioluminescencja to zjawisko emisji światła, które jest wynikiem katalizy enzymatycznej (reakcji utleniania) w organizmach żywych. Można ją zaobserwować prawie we wszystkich znanych nam królestwach. Na poziomie molekularnym bioluminescencja możliwa jest dzięki kaskadzie reakcji chemicznych napędzanych enzymami zakodowanymi w charakterystycznym operonie lux. Jego geny kodują podjednostki enzymu lucyferazy, który z kolei pozwala na utlenianie lucyferyn – pigmentów. W procesie tym następuje emisja światła. Przy tym wszystkim wykorzystywany jest tlen, niezawodny akceptor elektronów. Dlatego jednym z elementów wspólnych dla prawie wszystkich reakcji bioluminescencyjnych jest zależność od tlenu. Energia uwolniona jako foton pochodzi ze stanu wzbudzonego wodorotlenku flawiny, Emitowane światło ma długość fali w okolicy 490 nm – barwa niebieska.
Możliwe biologiczne zalety emisji światła mogą być przeróżne. Bakterie bioluminescencyjne potrafią swobodnie pływać, kolonizować skórę i narządy zwierząt morskich. Mogą żyć w ich jelitach jako komensale lub w ich tkankach i płynach ustrojowych jako pasożyty. Jedna obserwacja ujawniła, że świecące bakterie związane z grudkami kału w głębinach oceanu są zaangażowane w wymianę składników odżywczych. Kał przyciąga różne ryby, które go konsumują. Gdy tak się stanie bakterie są połykane i przenoszone do jelit, gdzie znajdują bogate w składniki odżywcze środowisko. Po wydaleniu świecąca kultura bakterii jest ponownie związana z osadami kałowymi, zamykając jednocześnie cykl.
Jedną z bardziej znanych bakterii bioluminescencyjnych jest Aliivibrio fischeri. Najbardziej znana jest z symbiozy mutualistycznej (obie strony czerpią korzyści) z hawajską kałamarnicą Euprymna scolopes, gdzie kolonizuje się w narządzie lekkim. Zapewniają kałamarnicy kamuflaż przeciwoświetleniowy, który zapobiega rzucaniu cienia na dno oceanu. Dzięki temu kałamarnica pozostaje niezauważalna dla drapieżników. W zamian kałamarnica dostarcza A. fischeri składniki odżywcze i zapewnia miejsce bytowania.
Wraz z odkrywaniem nowych bakterii bioluminescencyjnych oraz postępem w technikach analizy i określaniu różnych rodzajów, konieczna była nowa taksonomia. W rzeczywistości tworzenie nowych kladów i ponowna ich klasyfikacja wciąż trwa. Pytanie, w jaki sposób odbywa się transfer energii, pozostaje bez odpowiedzi. Niedawne badania i przeglądy nie zapewniły głębszego wglądu w dokładny mechanizm zmiany barwy emisji bioluminescencyjnej, a zatem zjawisko to pozostaje zagadkowe. Patrząc na cały złożony mechanizm obecnych białek i enzymów, klucz prawdopodobnie będzie leżał w współdziałaniu w rdzeniu operonu lux, umożliwiając emisję światła, a nawet modulację natężenia i barwy światła lub regulację bioluminescencji bakterii. To z pewnością przyczyni się do wykorzystania ekonomicznego bakterii np. w celu oświetlenia.
Fascynujące zjawisko emisji światła przez organizmy żywe od dziesięcioleci przyciąga wielu naukowców z różnych dziedzin. Bioluminescencja bakteryjna jest wspaniałym przykładem kuszącej złożoności bioluminescencji. Chociaż enzym lucyferaza katalizuje raczej utlenianie aldehydu do odpowiedniego kwasu, mechanizm prowadzący do stanu wzbudzonego pozostaje głównym wyzwaniem dla biochemików strukturalnych. Szczegółowych danych na temat półproduktów reakcji nadal brakuje. Wiele pytań dotyczących domniemanych funkcji bioluminescencji bakterii wciąż również pozostaje bez odpowiedzi. Pomimo postępu, jaki został dokonany w ciągu ostatnich dziesięcioleci, fascynacja bioluminescencją z pewnością pobudzi wiele badawczych do zgłębienia tajników tego niezwykłego zjawisku.
Źródła: