Молюски навчилися створювати “шовк” завдяки гену з бактерій

Багато двостулкових синтезують біссус – тонкі білкові нитки, схожі на шовк. З їхньою допомогою молюски, наприклад дрейсени (тригранки), кріпляться до дна і каміння. Нове дослідження присвячене унікальному білку “шовку” цих двостулкових: його хімічному складу, фізичним властивостям і появі в ході еволюції.

Двостулкові – це своєрідний клас молюсків, які під час еволюції буквально втратили голову і стали вести малорухливий спосіб життя всередині міцної раковини. Вони здатні виробляти перли, а деякі – ще й тонкі білкові нитки, які схожі на шовк і називаються біссусом. Цікаво, що біссус однієї з морських двостулок раніше використовували для того, щоб ткати дорогий одяг із “морського шовку”.

Такий “шовк” дуже міцний і використовується молюском для закріплення на твердих поверхнях на кшталт каміння або дна. Його синтезує особлива залоза, яка розташована на єдиній нозі тварини. “Шовк” молюсків складається з білка, але його хімічний склад сильно варіює: він може складатися з креатину, поліфенольних або інших білкових молекул.

Більша частина того, що ми знаємо про бісус, відноситься до морських видів двостулкових на кшталт мідій. Тому автори нової статті для PNAS вирішили вивчити “шовк” мешканців прісних вод – дрейсен (Dreissenidae). Це тим більше важливо, що дрейсени є інвазивними видами, які активно захоплюють озера і річки Північної Америки.

Науковці поєднували методи спектроскопії, рентгеноструктурний аналіз і протеоміку, щоб дізнатися хімічний склад і структуру бісусу дрейсенід. Білок у його основі виявився унікальним: він складається головним чином зі структурних одиниць, які називають кристаліновими бета-листами, і вони характерні для білка павукового шовку.

При цьому початково в нозі дрейсени синтезується інший білок, що має структуру типу спіральної котушки (coiled coil). Ба більше, він виявився найбільшим із відомих білків відповідної групи. Далі цей білок-попередник змінює свою структуру через механічний вплив (процесинг) і лише потім перетворюється на той, що схожий на білок павука. Надалі він і допомагає молюску закріпитися на дні.

Дрейссени, мідії та їхній біссус (A-C); еволюційне древо дрейсенід (D) / © M. Simmons et al., 2023

Не менш дивним є походження унікального білка дрейсен. Автори вважають, що ним молюски зобов’язані бактеріям. Приблизно 12 мільйонів років тому ген, що кодує його, потрапив у ДНК дрейсен шляхом горизонтального перенесення. Механізм часто-густо використовують бактерії для обміну генами між собою, але зрідка в ньому також беруть участь рослини або тварини.

Нове дослідження допомагає зрозуміти, як краще “відкріплювати” небезпечних інвазивних молюсків і захистити від них екосистеми. З іншого боку, унікальний білок дрейсени цілком може бути використаний для створення нових, міцних і стійких у воді матеріалів і біосумісних полімерів.