
Китайские биологи обнаружили магниточувствительный белок, который может оказаться той самой «стрелкой компаса», благодаря которой многие животные способны чувствовать магнитное поле Земли. Белок, найденный в экспериментах на дрозофиле, получил наименование MagR. Его описание опубликовано в журнале Nature
Materials.
Способность
ощущать направления силовых линий
глобального магнитного поля планеты
демонстрируют многие растения и животные.
Главное внимание привлекает, конечно,
«внутренний компас» насекомых и
перелетных птиц, которые даже в клетках,
в лабораторных условиях в период миграции
проявляют сильное беспокойство и
стремятся двигаться в строго определенном
направлении. Возможно, что к магниторецепции
способны даже некоторые млекопитающие
— отмеченное шутливой Игнобелевской
премией исследование чешских биологов
показало,
что во время дефекации собаки пытаются
расположиться в соответствии с линиями
магнитного поля Земли. Однако механизм
магниторецепции остается нерасшифрованным.
Первые
указания на его устройство появились
после того, как было обнаружено, что
фототропизм растений — их способность
ориентироваться по свету — можно легко
блокировать, экранировав свет синей
(400-500 нм) части спектра. Но белок-рецептор,
воспринимающий это излучение, выделить
не удавалось, отчего он и получил имя
«скрытного» — криптохром. Соответствующий
ген был обнаружен
только в 1993 г. в ДНК небольшого капустного
растения, резуховидки Таля, а вскоре
криптохромы стали находить у самых
разных организмов, включая человека.
Судя
по всему, они играют большую роль в
регуляции циркадных ритмов и появились
исключительно давно, еще до разделения
эукариот и прокариот. Но принцип работы
у них сохранился общим: под действием
синего излучения в активном сайте белка
происходит перераспределение зарядов
и образуется устойчивая, чувствительная
к магнитному полю структура из трех
аминокислотных остатков триптофана.
Белок меняет пространственную конформацию
и связывается с ДНК, регулируя экспрессию
определенных генов.
На
роль криптохрома в магниторецепции
указывает целый ряд работ. Например, у
садовых славок, совершающих длинные
ночные миграции, ген этого белка сохраняет
активность именно ночью, тогда как у
неперелетных птиц «включается» только
днем. Дрозофилы с отключенным геном cry
теряют
обычную способность ориентироваться
в магнитном поле. С другой стороны, одним
криптохромом дело наверняка не
ограничивается: он неспособен дать информацию
о направлении магнитного поля.
Поэтому
многие исследователи полагают, что
«шестое чувство» живых организмов не
может обойтись без железа — как стрелка
обычного компаса. Главным кандидатом
на эту роль выступают кристаллы магнетита,
которые, действительно, были обнаружены
в некоторых клетках в клювах голубей.
Однако впоследствии выяснилось, что
эти клетки являются
макрофагами и явно не могут участвовать
в работе нервной системы.
Ситуация
оставалась запутанной настолько, что
биолог Цань Се (Can Xie) и его
коллеги из Пекинского университета
Бэйда выдвинули идею о том, что две
системы — криптохром и железо — должны
работать совместно. А чтобы поддержать
свою идею, ученые провели скрининг
генома дрозофилы в поисках подходящего
гена. Было понятно, что где-то в нем
должен скрываться код для белка с
совершенно определенными свойствами.
Во-первых, он должен связываться с
железом и с криптохромом; во-вторых,
продуцироваться и действовать внутри
клетки; наконец, наиболее активно
работать в голове насекомого. И такой
ген был найден.
Белок-продукт
этого гена (CG8198) получил новое название
MagR (от Magnetic Receptor, «магнитный
рецептор»), и китайские биологи даже
установили в общих чертах его
пространственную структуру. Они показали,
что вместе с криптохромом белок формирует
устойчивые комплексы, включающие
«стержень» из 20 молекул MagR,
окруженных спиралью, которые сложены
10 молекулами криптохрома. Такие структуры авторы
нашли в клетках и бабочек, и птиц: они
не только похожи на вытянутые стрелки
компаса, но в опытах in vitro
также ориентируются вдоль линий
магнитного поля.
Интересно,
что находка MagR — это не
только серьезная заявка на новое
понимание принципов работы магниторецепции.
Чувствительные комплексы белка с
криптохромом могут лечь в основу новых
методов биологии. Подобно тому как
фоточувствительные белки сегодня
используются в оптогенетике для
«точечной» активации нужных генов, в
будущем регулировать работу ДНК или
включать и выключать нейроны можно
будет и с помощью магнитов.
Еще
интереснее то, что такое предложение
прозвучало еще до публикации Цаня Се и
его команды. Еще в сентябре Чзан Шен-цзя
(Zhang Sheng-jia), нейробиолог из Университета
Циньхуа, опубликовал
собственную работу по использованию
магниторецепции для неинвазивной
регуляции работы нейронов круглых
червей C. elegans. Уже вскоре
группа Цань Се выступила с заявлением
о нарушении коллегами приоритета:
дескать, тем уже были известны их
результаты, которыми они вопреки устным
договоренностям воспользовались. В
октябре Чзан Шен-цзя был уволен из
университета, хотя разбирательство по
«делу о магнитных рецепторов» еще
продолжается.
Сергей Васильев
