Jaké jsou výhody bource morušového?

Housenky produkují speciální transportní proteiny, které lze použít při léčbě sítnice

Vědci z Federálního výzkumného centra „Základní principy biotechnologie“ Ruské akademie věd spolu s kolegy z Moskvy, Minsku a Berlína určili prostorovou strukturu proteinu bource morušového.

Foto: Getty Images

Foto: Getty Images

U tohoto hmyzu je protein BmCBP velmi podobný proteinu STARD3. Transportní protein STARD3 podporuje akumulaci karotenoidů – organických pigmentů – v sítnici lidského oka. Působí v tzv. makule sítnice, chrání ji před oxidačním stresem a degenerací.

Rodina proteinů steroidogenního akutního regulačního přenosu lipidů (START) je zodpovědná za transport různých hydrofobních (ve vodě nerozpustných) látek mezi různými tkáněmi, buňkami a buněčnými částmi eukaryot. Lidé mají 15 proteinů z této rodiny, které se liší svou specializací: některé transportují žlučové kyseliny, jiné – různé steroidní hormony a další – karotenoidy nebo jiné molekuly. Ve struktuře každého takového proteinu se vytvoří speciální dutina, uvnitř které se váže molekula lipidu (látka podobná tuku). Minimální fragment tohoto proteinu, který může vykonávat tuto funkci, se nazývá doména START nebo STARD. V závislosti na repertoáru vázaných lipidů byly proteiny START číslovány odlišně (od 1 do 15). Struktura dutin START proteinů se liší, což určuje, které lipidy se na ně navážou.

Vědci podrobně porovnali strukturu proteinu STARD3 a jeho příbuzného proteinu BmCBP z bource Bombyx mori a určili, jaký trojrozměrný tvar má tento protein, aby plnil svou funkci. Studie ukázala, že protein BmCBP je schopen vázat karotenoidy různé povahy, včetně zeaxantinu, luteinu, kanthaxantinu, astaxantinu a dalších, které jsou zvláště důležité pro lidské zdraví. Pomocí cílených mutací se ukázalo, které aminokyselinové zbytky proteinu BmCBP určují jeho schopnost vázat karotenoidy a také bylo zjištěno, že BmCBP je ve vazbě karotenoidů mnohem účinnější než lidský protein STARD3.

Stejná skupina vědců letos v létě zveřejnila článek ukazující možnost získání funkčního komplexu proteinu BmCBP s karotenoidy přímo v buňkách E. coli. Tento objev umožňuje získat fyziologicky aktivní formy karotenoidů v komplexu s ve vodě rozpustným proteinem BmCBP v buňkách E. coli v biotechnologickém měřítku.

Tato data vysvětlují molekulární mechanismus vychytávání a dodávání karotenoidů proteiny rodiny START. To otevírá nové možnosti pro biotechnologickou výrobu a biomedicínské využití těchto proteinů, včetně dlouhodobé léčby různých onemocnění. Vědci se domnívají, že tento protein lze využít k cílenému dodávání antioxidantů.

Výsledky byly publikovány v prestižním vědeckém časopise Structure. Výzkum byl realizován za podpory národního projektu „Věda a univerzity“.

Yuri Slonimsky, mladší výzkumník ve skupině „Protein-protein interakce“ Federálního výzkumného centra biotechnologií Ruské akademie věd, jeden z autorů vědeckého článku:

— Co jsou transportní proteiny? Za co jsou zodpovědní?

— Transportní proteiny jsou proteiny, které jsou schopny transportovat různé látky v buňce, mezi buňkami nebo přes buněčnou membránu. Takové proteiny jsou extrémně rozmanité. Například krevní bílkovina hemoglobin funguje spíše jako kurýr: přenáší kyslík z plic do všech ostatních orgánů a přenašeč glukózy funguje jako celník, který zajišťuje přenos cukru přes buněčnou membránu (hranici) z krve.

Protein BmCBP, který jsme studovali, zajišťuje přenos karotenoidů přes buňky střeva a tkáňových žláz bource morušového. Karotenoidy jsou extrémně běžné pigmenty rozpustné v tucích a antioxidanty, které se nacházejí v mrkvi, kukuřici a mnoha dalších potravinách. Právě tento transport karotenoidů pomocí proteinu nakonec dává vyrobenému hedvábí některých plemen bource morušového zlatavý a žlutý odstín. Bez BmCBP není bourec morušový schopen správně absorbovat karotenoidy a hedvábí zbělá kvůli nedostatku žlutého pigmentu.

— Proč se vědci rozhodli studovat protein BmCBP bource morušového?

— Protein BmCBP je zástupcem velké a důležité rodiny proteinů (velmi podobné proteiny se nacházejí v lidském těle) a právě u tohoto proteinu byla přesvědčivě prokázána schopnost vázat a transportovat karotenoidy. Struktura samotného proteinu a jeho komplex s karotenoidem zůstaly neprozkoumané. Studium struktury proteinů je zase nezbytné k pochopení molekulárního mechanismu jejich práce, jehož znalost nám umožňuje rozšířit práci tak, aby zahrnovala podobné lidské proteiny, a také se naučit, jak takové proteiny používat pro aplikované problémy.

— Jak výzkum probíhal?

— V rámci velkého projektu studia proteinů vázajících karotenoidy jsme na základě literárních údajů identifikovali nejslibnější kandidáty pro studium jejich struktury (jedním z nich je BmCBP). Náš tým prošel celou cestu od získání a úpravy genu pro tento protein až po krystalizaci a dešifrování prostorové struktury. V procesu byl modifikovaný gen z bource morušového přenesen do bakteriálních buněk, které byly použity jako „živé továrny“ na výrobu tohoto proteinu, po nichž následovaly fáze čištění a krystalizace. Po cestě jsme vytvořili různé metody saturace BmCBP karotenoidy jak z bakteriálních buněk, tak ze snadno dostupných rostlinných materiálů. Tato část práce, věnovaná využití proteinu BmCBP pro extrakci a dodání karotenoidů, byla zařazena do samostatné publikace v International Journal of Biological Macromolecules. Příběh o bourci morušovém byl uveden na obálce časopisu Structure (https://www.cell.com/structure/issue?pii=S0969-2126(21)X0013-5).

– Co to ukázalo?

„Poprvé se nám podařilo získat strukturu domény START spojené s karotenoidem a zjistit, jak přesně tento a podobné proteiny mohou vázat molekuly karotenoidů. Pro lepší pochopení je doména funkčně uspořádaná oblast proteinu a START je doména vázající látku rozpustnou v tucích poprvé popsaná pro protein StAR, který je nezbytný pro syntézu steroidních hormonů.

Správnost námi navrženého mechanismu byla experimentálně potvrzena substitucemi aminokyselin v proteinu v místě interakce, které jsme ukázali: substituce aminokyselin důležitých pro vazbu vedly ke ztrátě schopnosti proteinu vázat karotenoidy.

— Jak lze výsledky využít pro lidské zdraví?

„Náš výzkum ukazuje, jak doména START skutečně váže a transportuje karotenoidy, a to je jakýsi recept na vytvoření nanomodulu pro cílený transport a dodávku látek. V budoucnu to umožní vytvořit nástroje pro cílenou dodávku široké škály ve vodě nerozpustných sloučenin, včetně potenciálních léčiv.

Před více než 5000 lety lidé domestikovali motýla bource morušového pro jeho schopnost vylučovat hedvábí. Nyní se tento hmyz již ve volné přírodě nenachází. Speciálně se pěstuje v mnoha asijských zemích a některých jihoamerických zemích. Jaký druh jedinečného tvora je tato housenka bource morušového?

Bource morušového

Hedvábník se tak nazývá, protože se živí výhradně listy moruše. Tento hmyz je jediný, který se ve volné přírodě nevyskytuje. Používá se při výrobě přírodního hedvábí. Tento proces je dlouhý a drahý, takže konečný produkt má poměrně vysokou cenu, ale jeho kvalita je také vysoká. Například povlaky na polštáře vyrobené z přírodního hedvábí jsou považovány za jedny z nejlepších.

Jak se vyrábí hedvábí?

1. Ve speciálních továrnách se pěstuje hmyz, jako je bourec morušový, jeho motýl a housenka jsou vzhledově zcela nevýrazné: bílé, nenápadné. Když přijde čas zakuklení, housenka se zabalí do kukly. Právě tento kokon má hodnotu.
2. Kokon se skládá z nepřetržitého vlákna, jehož délka může dosáhnout 1500 metrů. Obecně se barva kokonu (a tedy i vlákna) může lišit od světle žluté po růžovou a dokonce i zelenomodrou. Ale v továrnách se chovají pouze bource morušového, které produkují bílou nit, protože později bude snazší ji obarvit na požadovanou barvu.
3. Je smutné, že motýl z tohoto kokonu nikdy nevyleze, protože mu nikdo nedává čas se vyvinout. Po vytvoření hedvábného kokonu se vloží do pece a udržuje se tam asi 2 hodiny. Samozřejmě v důsledku toho housenka zemře.

Kokon, vyjmutý z trouby, se dá docela snadno rozvinout ručně. A pečené kukly se v některých zemích jedí, protože je považují za vynikající zdroj bílkovin.

Housenka cikánského můry

Na rozdíl od svého bratrance bource morušového, kterého většina vidí jen na fotografiích, protože se ve volné přírodě nevyskytuje, neposkytuje cikánská můra lidem žádný užitek. A dokonce i naopak.

Tento hmyz je jedním z nejčastějších škůdců a poškozuje doslova všechny ovocné plodiny. Po nich z listů rostlin zbyly jen „kostry“ žilek a veškerá dužnina se sní.

U hmyzu zvaného cikán napáchá největší škody housenka. Doba jejich krmení trvá 35-50 dní, což je stejně nebo i déle než doba květu některých ovocných rostlin. Pokud se tedy housenek včas nezbavíte, může se stát, že zůstanete bez úrody.

Rozpoznat škůdce je docela snadné:

• délka 6-7 cm,
• tělo je hlízovité, pokryté modrými a hnědými bradavicemi, ze kterých vyrůstají chlupy,
• Na zádech jsou dva světlé pruhy.

Navenek vypadá housenka cikánského můry nepříjemně, málokdo by ji chtěl zvednout rukama, ale je potřeba se jí zbavit.

Jak se vypořádat se škůdcem

Zahradníci přišli s několika způsoby, jak se zbavit housenek, které poškozují rostliny:

1. Kdo dokáže překonat sám sebe a housenky sbírat ručně, může je jednoduše dát do jednoho pytle a rozdrtit.
2. Pokud se vám podaří spatřit snůšku motýlů cikánských, je lepší nečekat na výskyt larev, ale snůšku samotnou zlikvidovat seškrábáním z listů a také rozdrcením.
3. Na jaře, nejlépe před rozkvětem ovocných rostlin, můžete listy a kmen postříkat speciálními přípravky.

Na kmen můžete umístit past na pytlovinu, ale zkušení zahradníci říkají, že to není nejúčinnější způsob kontroly škůdců. Nejlepší je zničit je v jakékoli fázi.

Setkali jste se s takovými škůdci? Podělte se o své zkušenosti v komentářích.