Scienziati russi con colleghi del Regno Unito, Spagna, Brasile, Il Giappone e l'Austria hanno ampiamente descritto il meccanismo della luminescenza fungina. Riferiscono che i funghi utilizzano solo quattro enzimi chiave per produrre luce e che il trasferimento di questi enzimi in altri organismi li rende bioluminescenti.

Alcuni organismi viventi possono brillare a causa di speciali reazioni chimiche nei loro corpi. Tali organismi sono chiamati bioluminescenti; includono lucciole, meduse e vermi, tra gli altri. Usano questa capacità per attirare la preda, spaventare i predatori, comunicare e travestirsi. Gli scienziati hanno identificato migliaia di specie di organismi luminescenti e circa 40 meccanismi chimici per emettere luce. La maggior parte di questi meccanismi è stata solo parzialmente studiata, o non studiato affatto.

La decodifica del meccanismo della luminescenza fungina è stata resa possibile da anni di precedenti ricerche nel campo. All'inizio del XIX secolo, gli scienziati hanno scoperto che il micelio fa brillare gli alberi in decomposizione. Nel 2009, Anderson G. Oliveira e Cassius V. Stevani, coautori del presente documento, determinato che un singolo meccanismo biochimico è condiviso da tutti i funghi che emettono luce. Nel 2015-2017, un team di scienziati russi guidati da Ilia Yampolsky ha fatto una serie di scoperte chiave. In particolare, il team ha determinato la struttura della luciferina, la molecola che emette luce quando ossidata.

Mentre conducevano il loro nuovo studio, gli scienziati hanno scoperto una serie di enzimi che producono questa molecola, così come luciferasi, un enzima che emette luce. I ricercatori hanno utilizzato vari tipi di cellule per testare l'attività della luciferasi, comprese le cellule tumorali umane e gli embrioni di rana artigliati. In tutti i casi, hanno ottenuto risultati positivi:il gene introdotto era attivo nelle cellule, rendendoli luminescenti con l'aggiunta di luciferina

"Se capisci come funziona un sistema bioluminescente, puoi mettere i componenti necessari in una provetta e vedere la luminescenza. Una fase importante del nostro lavoro è stata quella di identificare i principali enzimi della luminescenza fungina:quelli che catalizzano la biosintesi della luciferina e la luciferasi. Ci siamo riusciti utilizzando una combinazione di metodi analitici che ci ha permesso di "smontare" l'intero sistema nei suoi componenti, "dice Konstantin Purtov, ricercatore presso l'Istituto di Biofisica di Krasnoyarsk e uno dei ricercatori del progetto.

Il sistema di luminescenza fungina si è rivelato sorprendentemente semplice. Gli scienziati hanno scoperto enzimi che eseguono il ciclo dell'acido caffeico nelle cellule fungine, un percorso per la biosintesi della luciferina e l'emissione di luce. L'attività di questi enzimi è necessaria e sufficiente affinché qualsiasi organismo produttore di acido caffeico diventi luminescente. E se un organismo non contiene acido caffeico, la luminescenza può essere indotta aggiungendo altri due enzimi, che gli autori hanno dimostrato ingegnerizzando un ceppo di lievito che si illumina al buio.

"Abbiamo scoperto nei funghi i componenti necessari per creare un modulo genetico per la bioluminescenza; trasferendolo da genoma a genoma, possiamo rendere luminescente praticamente qualsiasi organismo, che in precedenza era un obiettivo irraggiungibile per i ricercatori, " spiega Alexey Kotlobay, il primo autore dell'articolo, ricercatore junior presso il Laboratorio di Chimica delle Vie Metaboliche dell'Istituto di Chimica Bioorganica di Mosca.

Secondo gli scienziati, anche se molto è stato compreso nella genetica della bioluminescenza fungina, le cose più interessanti ci aspettano ancora.

"I risultati del nostro studio aprono opportunità per nuove ricerche fondamentali, ad esempio, nell'ecologia fungina o nella fotofisica degli enzimi, nonché per lo sviluppo di nuove tecnologie molecolari, "aggiunge Yuliana Mokrushina, assegnista di ricerca junior presso il Laboratorio di Biocatalisi presso l'Istituto di Chimica Bioorganica, che condivide la prima paternità nell'articolo pubblicato.

Il nuovo sistema può essere utilizzato per la visualizzazione di vari processi biologici, ad esempio, per monitorare la crescita del tumore e la migrazione delle cellule tumorali, così come per lo sviluppo di nuovi prodotti farmaceutici. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .