Раскрыт секрет фермента, помогающего термитам-камикадзе защищать колонию
Исследователи из Института органической химии и биохимии Чешской академии наук совместно с коллегами с Факультета тропического сельского хозяйства Чешского университета естественных наук в Праге изучают защитный механизм термитов вида Neocapritermes taracua.
Рабочие термиты этого вида в конце жизни обеспечивают уникальную защиту колонии. При нападении они жертвуют собой, запуская взрывную химическую реакцию, в результате которой образуется токсичная жидкость, обездвиживающая и отравляющая противника.
Доктор Яна Шкерлова и её коллеги из научной группы доцента Павлины Маловой Ржезачовой детально описали механизм работы загадочного фермента, который термиты носят на спине. Их новая статья опубликована в журнале Structure.
Механизм защиты
Рабочие термиты в течение жизни постепенно накапливают в специальных карманах на спине особый фермент — синюю лакказу BP76.
Когда колонии угрожает опасность, более старые особи разрывают этот «рюкзак». Фермент почти мгновенно смешивается с другим, относительно безвредным веществом, хранящимся в теле термита. В результате образуется липкая жидкость, содержащая высокотоксичные бензохиноны. Это убивает самого термита-камикадзе, но также обездвиживает или убивает нападающего.
Разгадка устойчивости фермента
Долгое время оставалось загадкой, как этот потенциально взрывной фермент сохраняет активность в твёрдом состоянии на спинах насекомых. Учёные из группы структурной биологии IOCB Prague решили эту задачу с помощью рентгеновской кристаллографии.
Выяснилось, что синяя лакказа BP76 содержит необычно прочную связь между двумя аминокислотами (строительными блоками белков) рядом с активным центром фермента. Раскрытие трёхмерной структуры лакказы BP76 показало, что фермент использует разнообразные стратегии стабилизации. Благодаря уникальной структуре он не только остаётся целым, но и активным на протяжении всей жизни термита, что критически важно для немедленной реакции при атаке на колонию.
Эволюция «живого оружия»
Молодые особи, способные много работать для колонии, носят в спинных карманах лишь небольшое количество фермента. Синий «рюкзак» с взрывчатым материалом увеличивается по мере старения насекомого и потери им сил. Его последняя служба термитнику — готовность к самопожертвованию.
Факт наличия у термитов Neocapritermes taracua твёрдых пакетов с активным ферментом, которые они используют как оружие в чрезвычайной ситуации, впервые наблюдали исследователи во Французской Гвиане несколько лет назад (исследование опубликовано в журнале Science). Соавтором как той, так и текущей работы является профессор Ян Шоботник.
«Наше открытие — отличная иллюстрация незаменимой роли структурной биологии. Знание трёхмерной структуры молекулы (то есть положения отдельных атомов) помогает нам понять биологический процесс. В данном случае — уникальный защитный механизм термитов», — подчёркивает Павлина Ржезачова, руководитель лаборатории, из которой вышло исследование.