От протеина к самолетам и футбольным мячам

Вскоре ученые смогут навсегда избавиться от насекомых-вредителей или даже превратить их в образцы новых технологий, и все благодаря маленькому, но очень перспективному открытию.

Суджата Чоудхари из Государственного университета Канзаса (США) стала ведущим автором научного доклада, который был опубликован на этой неделе в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). В ее работу входит открытие, которое сможет расширить возможности селективного контроля над вредителями, а также получения новых биоматериалов, таких как набивка футбольных мячей или легкие компоненты для самолетов, например, совершающих туры в китай. Все это стало возможным благодаря развенчанию существовавшего в течение более 50 лет убеждения о защитной оболочке насекомых.

Объектом исследования стал жук вида Tribolium castaneum, или хрущак каштановый. Были изучены динамические биохимические процессы, которые использует насекомое для замены защитного покрытия при сбрасывании старой кожи. Это покрытие называется кутикулой и является главным структурным и защитным компонентом экзоскелета насекомого, создающим твердый, но легкий панцирь или гибкие крылья и сочленения.

Чоудхари поясняет, что по мере роста твердое покрытие становится насекомому мало. Поэтому тому приходится периодически избавляться от старой кутикулы и синтезировать новую, более крупную. Этот процесс сбрасывания старой кутикулы называется линькой. Последняя требует от насекомого выделения специальной жидкости, содержащей фермент хитиназу. Хитиназа разрушает хитин, основной компонент кутикулы, и таким образом помогает растворить старое покрытие. В течение нескольких десятилетий ученые полагали, что хитиназа не контактирует с вновь образованной кутикулой из-за непроницаемой оболочки между старой и новой кутикулой. Однако Чоудхари и ее коллеги установили, что на самом деле это не так.

Исследование показало, что хитиназа присутствует и в новой кутикуле. Более того, разделяющий две кутикулы слой не служит для защиты новой оболочки от растворения хитиназой. Для этого есть протеин под названием Knickkopf. Тот же протеин был найден и у других видов насекомых, и, по-видимому, выполняет ту же защитную функцию.

По словам ученых, это открытие позволит разработать эффективные инсектициды за счет введения насекомым РНК, блокирующей защитный протеин. Кроме того, есть возможность взять кутикулу жука за основу для создания новой легкой брони, протезов или материалов для самолетов.