Морская биолюминесценция

1.

А.Д. Исмаилов
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова,
Биологический факультет

2. Люминесцентные реакции

Источник энергии
Тип свечения
свет
фотолюминесценция
температура
термолюминесценция
электрическое поле
электролюминесценция
химические реакции
хемолюминесценция
биохимические реакции
биохемилюминесценция
люциферазные реакции
биолюминесценция

3. Оптические феномены, не являющиеся биолюминесценцией

Каждый из этих примеров демонстрирует
интригующее, эффектное явление, но ни одно
из них не является биолюминесценцией.
a) Хемилюминесценция – люминесценция,
сопровождающая химические реакции в
неживой природе;
b)
Флуоресценция
–
люминесценция,
возникающая в ответ на возбуждающее
воздействие и прекращающаяся с его
окончанием;
c) Фосфоресценция – люминесценция,
возникающая в ответ на возбуждающее
воздействие и продолжающаяся после его
окончания от миллисекунд до нескольких
суток;
d) Иризация – оптическое явление,
заключающееся в появлении радужной игры
цветов на гранях и плоскостях спайности при
прохождении света;
e & f) Дифракция – оптические явления,
наблюдаемые при прохождении волн мимо
края препятствия, связанные с отклонением
волны от прямолинейного распостранения
при взаимодействии с препятствием.

4. Схема регистрирующей аппаратуры для люминесцентного анализа

анализируемый
образец
кюветное
отделение
кювета с
люминесцирующим
биореагентом
фотодетектор
электронный блок
компьютер

5. Свечение моря

6. Неморские светящиеся организмы: светляки

Luciola cruciata
Lamprohiza
splendidula
Pterotus obscuripennis
Pyrophorus
phosphorescens
Lampyris noctiluca
Photuris lucicrescens
Aspisoma ignitum
Zarhipis integripennis

7. Неморские светящиеся организмы: грибы, моллюски, черви

Panellus stipticus
Mycena lucentipes
Mycena chlorophos
Mycena lampadis
Arachnocampa luminosa
Latia neritoides
Omphalotus nidiformis
Diplocardia longa
Quantula striata
Luminodesmus
sequoiae

8. Морские светящиеся организмы: одноклеточные и полипы

Noctiluca
Pyrocystis lunula
Pyrocystis fusiformis
Pteroides griseum
Collozoum inerme
Pyrosoma atlanticum
Tuscaridium cygneum
Acropora nobilis
Obelia geniculata
Renilla
koellikeri

9. Морские светящиеся организмы: медузы, гребневики, оболочники

Pelagia noctiluca
Bargmannia
Laetmogone violacea
Aequorea forskalea
Atolla vanhoeffeni
Cestum veneris
Aurelia aurita
Ophiothrix angulata
Megalodicopia hians
Plutonaster bifrons
Beroe ovata

10. Морские светящиеся организмы: черви, креветки, моллюски

Euphausia pacifica
Gaussia princeps
Caecosagitta macrocephala
Chaetopterus variopedatus
Tomopteris
Sabella
spallanzani
Acanthephyra purpurea
Acanthephyra purpurea
Pholas dactylus
Phylliroe bucephalum

11. Морские светящиеся организмы: рыбы

Linophryne arborifer
Lasiognathus amphirhamphus
Linophryne sexifilis
Caulophryne polynema
Melanocetus johnsoni
Gigantactis vanhoeffeni
Bufoceratias wedli
Lasiognathus intermedius

12. Морские светящиеся организмы: рыбы

Chauliodus sloani
Idiacanthus antrostomus
Haplophryne mollis
Photoblepharon palpebratus
Eustomias tetranema
Diaphus ostenfeldi
Photoblepharon palpebratus
Stenobrachius

13. Морские светящиеся организмы: головоногие моллюски

Euprymna scolopes
Sepia apama
Abraliopsis
Histioteuthis
heteropsis
Heteroteuthis dispar
Teuthowenia octopus
Watasenia scintillans
Vampyroteuthis infernalis

14. Комбинирование световых органов разных типов

Sternoptyx
Beroe forskalii
Polinoid worm
Japetella
Aglantha
Paraphyllina

15. Светящиеся бактерии в лабораторной культуре

Рост Vibrio harveyi
в питательном бульоне
Рост Photobacterium phosphoreum на агаризованной
среде
Различные штаммы
P. phosphoreum
в питательном бульоне
Старые колонии P. phosphoreum
на свету и в темноте
Vibrio fischeri: Y-1 (сверху) и типичная форма
Рост P. phosphoreum
на сырой рыбе

16. Распределение максимумов свечения морских организмов

[Widder E.A. Bioluminescence in the Ocean: Origins of Biological, Chemical, and Ecological Diversity / Science, 7 may 2010 Vol.328]

17.

Спектры свечения различных организмов
DINO, Gonyaulax polyedra; ВACT, Photobacterium fischeri;
OBE, Obelia geniculate; FUNGI, Oniphalia flavida;
PHOTUR, Photuris pennsylvanica; PHOTIN, Photinus scintillans; PHRIX, Phrixothrix sp.

18. Разнообразие светящихся организмов

19.

Биолюминесцентный процесс

20. Структура люциферинов у светящихся организмов

(A) Coelenterazine,
(B) Vargula luciferin,
(C) Diplocardia luciferin,
(D) Latia luciferin,
(E) Coleoptera luciferin and
(F) dinoflagellate luciferin.

21. Хромофоры фотобактерий

6,7-dimethyl-(8-ribityl)lumazine
flavin mononucleotide (FMN)

22. СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЛЮЦИФЕРАЗЫ

23.

Формирование эмиттера в биолюминесцентном процессе

24.

Реакции люциферинов
бактерий и
динофлагеллят

25.

Механизм свечения с
участием
целентеразин и
люциферина
светляков

26. Морфология светящихся бактерий

Vibrio harveyi
Vibrio fischeri
Photobacerium
phosphoreum
Photobacerium
leiognathi
Электронные микрофотографии светящихся бактерий. Черта = 0,5 мкм

27. Фотобактерии в жидкой среде

28. Эмиттеры бактериальной биолюминсценции

29. География морских светящихся бактерий

Photobacterium phosphoreum
Vibrio fischeri
Vibrio harveyi
Photobacterium leiognathi

30. Распределение разных видов фотобактерий по глубине и температуре воды

Обозначения: , колониеобразующие единицы
(КОЕ); , P. phosphoreum; , P. leiognathi; , P.
fischeri; , Vibrio harveyi. (B) Температурный
профиль.

31. Люминесцирующие и близкие нелюминесцирющие виды бактерий

32. Способы существования фотобактерий

PL/FL — планктонные или свободноживущие; SAP — сапрофиты; GUT — симбионты внутренних
органов или комменсалы; PAR — паразиты; LO/SYM — симбионты световых органов.
a: нет четких данных о специфичном положении в конкретной нише;
b: патогенный для человека вид, светящиеся штаммы выделяются из мертвых или разлагающихся органов;
c: обитает в кишечнике человека, многие штаммы патогенны, среди светящихся непатогенных;
d: симбионт кишечника нематод и паразит насекомых, инфицированных нематодами;
е: не проявляются как симбионты световых органов, являются симбионтами внутренних органов нематод.

33. Экологическое распределение фотобактерий

34. Генетическая организация биолюминесцентной системы фотобактерий

35. Морские светящиеся организмы: рыбы

Chaenophryne longiceps
Myctophid (Lanternfish)
Photoblepharon palpebratus
Eustomias tetranema

36.

Керчак европейский
Mioxocephalus scorpius
Палтус белокорый
Hippoglossus hippoglossus

37. "Ichthylicht"

"Ichthylicht"

38. Глубоководный удильщик

39. Схема строения светового органа рыбы

40. Строение фотофора рыб

41. Морские светящиеся организмы: кальмары

Amphitretus pelagicus
Abraliopsis
Watasenia scintillans
Teuthowenia octopus

42. Локализация светового органа у кальмара

43. Колонизация светящимися бактериями Vibrio fischeri светового органа кальмара Euprymna scolopes

44.

Регуляция эмиссионной активности симбиотических
фотобактерий аутоиндуктором (AHL)

45. Qurum sensing: регуляторные молекулы

Y – O, S, NH;
X – O, NH;
R – CH3(CH2)n n = 2–12
или CH3(CH2)nCOCH2 n = 0–10
Регулируемые процессы
Биосинтез антибиотиков
Перенос коньюгирующих плазмид
Спорообразование
Синтез полисахаридной капсулы
Продукция вирулентных факторов
и цитотоксинов
Образование пигментов
Контроль клеточного роста
Pseudomonas aeruginosa, Erwinia carotovora, Erwinia
stewartei, Enterobacter agglomerans, Serratia liquefacience,
Yersinia enterocolitica, Agrobacterium tumifaciens, Rhisobium
leguminosarum, Chromobacterium violaceum и др.

46. Накопление перекиси водорода в световых органах и фотофорах при низких концентрациях кислорода

47. Формирование интермедиатов бактериальной люциферазы с участием активных форм кислорода (АФК)

48.

Возможные механизмы связи биолюминесценции и
антиоксидативным механизмом
• Кольчатые черви (Diplocfrdia, Harmothoe, Balanoglossus) H2O2,
O2.• Моллюски (Bivalva,Pholas, Latia) - H2O2, O2.-
• Бактерии (Vibrio, Photobacterium) - O2, H2O2, O2.-

49. Целентеразин – антиоксидант

50.

51.

Jellyfish

52.

53.

54.

55. Светящийся краб

56. Объекты научых и прикладных исследований

Euprymna scolopes
Euprymna tasmanica
Obelia
Obelia dichotoma
Aequorea
Aequorea forskalea
Renilla reniformis
Renilla reniformis

57. Биосенсоры на основе иммобилизованных в криогеле ПВС фотобактерий

58. Оптоволоконные бактериальные биосенсоры

59. Основные направления исследований бактериальной биолюминесценции