Исследователи из Института органической химии и биохимии Чешской академии наук в сотрудничестве с коллегами с факультета тропического сельского хозяйства Чешского университета естественных наук в Праге разгадывают тайны жизни термитов.
Колонии вида Neocapritermes taracua могут похвастаться уникальным типом защиты, который обеспечивают рабочие термиты в конце своей жизни. При нападении они жертвуют собой, запуская взрывную химическую реакцию, результатом которой становится токсичная жидкость, которая обездвиживает и отравляет противника.
Яна Шкерлова и ее коллеги из научной группы Павлины Малой Ржезачовой подробно описали механизм работы таинственного фермента, который термиты носят на своих спинах. Их последняя статья на эту тему опубликована в журнале Structure.
Вид термитов Neocapritermes taracua выработал своеобразный защитный механизм, не имеющий аналогов в мире насекомых. Рабочие термиты играют в нем ключевую роль. В течение своей жизни они постепенно накапливают особый фермент, синюю лаказу BP76, в специальных карманах на спинах.
Когда их колония оказывается в опасности, более старые особи разрывают этот «рюкзак». Затем фермент почти сразу же смешивается с другим веществом, которое до этого момента было относительно безвредным, хранящимся в теле термита. Это вещество создает липкую жидкость, содержащую крайне ядовитые бензохиноны. Хотя это убивает самого термита-камикадзе, оно также обездвиживает или убивает нападающего.
Как этот потенциально взрывоопасный фермент остается активным в твердом состоянии на спинах насекомых, было настоящей научной загадкой. Ученые из исследовательской группы структурной биологии в IOCB Prague решили эту загадку с помощью рентгеновской кристаллографии. Шкерлова была заинтригована тем фактом, что синяя лакказа, переносимая термитами, содержит необычайно прочную связь между двумя аминокислотами — которые являются строительными блоками белков — вблизи активного центра фермента, с которым связывается целевая молекула и где она реагирует.
«Расшифровка трехмерной структуры лакказы BP76 показала, что этот фермент использует различные стратегии стабилизации, которые делают его не только очень прочным, но и полностью функциональным даже в суровых условиях тропических лесов», - объясняет Шкерлова.
Благодаря своей уникальной структуре, лакказа BP76 не только остается неповрежденной, но и активна, даже если она находится на спине термита в течение всей его жизни. Это имеет решающее значение для роли фермента в защитном механизме, поскольку в случае нападения на колонию реакция должна быть немедленной.
Термиты вида Neocapritermes taracua могут прожить всю жизнь с этим самоубийственным грузом. Молодые особи, которые все еще способны выполнять большую работу для своей колонии, носят лишь небольшое количество фермента в своих задних карманах. Синий «рюкзак», в котором накапливается взрывчатое вещество, со временем становится больше, поскольку насекомое теряет силы. Его последняя услуга термитнику заключается в том, что он готов пожертвовать собой ради блага колонии.
Тот факт, что термиты Neocapritermes taracua имеют твердые пакеты активного фермента, спрятанные в карманах их плащей, которые они не колеблясь используют в качестве оружия в чрезвычайной ситуации, был впервые обнаружен исследователями во Французской Гвиане несколько лет назад в исследовании, опубликованном в журнале Science. Одним из исследователей, сотрудничавших в основополагающем исследовании, был профессор Ян Шоботник, который также является соавтором настоящей статьи и в настоящее время работает на факультете тропической агронауки Чешского университета естественных наук.
«Наше открытие является прекрасной иллюстрацией незаменимой роли структурной биологии. Так же, как знание отдельных компонентов инструмента проливает свет на то, как он работает, знание трехмерной структуры (т. е. положения отдельных атомов) молекулы помогает нам понять биологический процесс. В данном случае это уникальный защитный механизм термитов», — подчеркивает Павлина Ржезачова, руководитель лаборатории, в которой берет начало исследование.
