Des scientifiques russes avec des collègues du Royaume-Uni, Espagne, Brésil, Le Japon et l'Autriche ont décrit en détail le mécanisme de la luminescence fongique. Ils rapportent que les champignons n'utilisent que quatre enzymes clés pour produire de la lumière et que le transfert de ces enzymes dans d'autres organismes les rend bioluminescents.

Certains organismes vivants peuvent briller en raison de réactions chimiques spéciales dans leur corps. De tels organismes sont appelés bioluminescents; ils comprennent des lucioles, méduses et vers, entre autres. Ils utilisent cette capacité pour attirer des proies, éloigner les prédateurs, communiquer et se déguiser. Les scientifiques ont identifié des milliers d'espèces d'organismes luminescents et environ 40 mécanismes chimiques pour émettre de la lumière. La plupart de ces mécanismes n'ont été que partiellement étudiés, ou pas du tout étudié.

Le décodage du mécanisme de la luminescence fongique a été rendu possible par des années de recherches antérieures dans le domaine. Au début du XIXe siècle, les scientifiques ont découvert que le mycélium fait briller les arbres en décomposition. En 2009, Anderson G. Oliveira et Cassius V. Stevani, co-auteurs du présent article, ont déterminé qu'un seul mécanisme biochimique est partagé par tous les champignons émettant de la lumière. En 2015-2017, une équipe de scientifiques russes dirigée par Ilia Yampolsky a fait une série de découvertes clés. En particulier, l'équipe a déterminé la structure de la luciférine, la molécule qui émet de la lumière lorsqu'elle est oxydée.

Au cours de leur nouvelle étude, les scientifiques ont découvert un ensemble d'enzymes qui produisent cette molécule, ainsi que la luciférase, une enzyme émettant de la lumière. Les chercheurs ont utilisé divers types de cellules pour tester l'activité de la luciférase, y compris les cellules cancéreuses humaines et les embryons de grenouilles à griffes. Dans tous les cas, ils ont obtenu des résultats positifs :le gène introduit était actif dans les cellules, les rendant luminescentes lors de l'ajout de luciférine

"Si vous comprenez comment fonctionne un système bioluminescent, vous pouvez mettre les composants nécessaires dans un tube à essai et voir la luminescence. Une étape importante de notre travail a été d'identifier les principales enzymes de la luminescence fongique :celles qui catalysent la biosynthèse de la luciférine et de la luciférase. Nous avons réussi en utilisant une combinaison de méthodes analytiques qui nous ont permis de « désassembler » l'ensemble du système en ses composants, " dit Konstantin Purtov, chercheur à l'Institut de biophysique de Krasnoïarsk et l'un des chercheurs du projet.

Le système de luminescence fongique s'est avéré étonnamment simple. Les scientifiques ont découvert des enzymes qui effectuent le cycle de l'acide caféique dans les cellules fongiques, une voie pour la biosynthèse de la luciférine et l'émission de lumière. L'activité de ces enzymes est nécessaire et suffisante pour que tout organisme producteur d'acide caféique devienne luminescent. Et si un organisme ne contient pas d'acide caféique, la luminescence peut être induite en ajoutant deux autres enzymes, ce que les auteurs ont démontré en créant une souche de levure qui brille dans le noir.

« Nous avons découvert dans les champignons les composants nécessaires pour créer un module génétique de bioluminescence; en le transférant de génome à génome, nous pouvons rendre pratiquement n'importe quel organisme luminescent, qui était auparavant un objectif inaccessible pour les chercheurs, " explique Alexey Kotlobay, le premier auteur de l'article, chercheur junior au Laboratoire de chimie des voies métaboliques de l'Institut de chimie bioorganique de Moscou.

Selon les scientifiques, même si beaucoup a été compris dans la génétique de la bioluminescence fongique, les choses les plus intéressantes sont encore à venir.

« Les résultats de notre étude ouvrent des perspectives pour de nouvelles recherches fondamentales, par exemple, en écologie fongique ou en photophysique des enzymes, ainsi que pour le développement de nouvelles technologies moléculaires, " ajoute Yuliana Mokrushina, chercheur junior au Laboratoire de Biocatalyse de l'Institut de Chimie Bioorganique, qui partage la première paternité de l'article publié.

Le nouveau système peut être utilisé pour la visualisation de divers processus biologiques, par exemple, pour suivre la croissance tumorale et la migration des cellules cancéreuses, ainsi que pour le développement de nouveaux produits pharmaceutiques. Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .