Моллюски научились создавать «шелк» благодаря гену из бактерий

Двустворчатые — это своеобразный класс моллюсков, которые в ходе эволюции буквально потеряли голову и стали вести малоподвижный образ жизни внутри прочной раковины. Они способны производить жемчуг, а некоторые — еще и тонкие белковые нити, которые похожи на шелк и называются биссусом. Любопытно, что биссус одной из морских двустворок раньше использовали для того, чтобы ткать дорогую одежду из «морского шелка».

Такой «шелк» очень прочен и используется моллюском для закрепления на твердых поверхностях вроде камней или дна. Его синтезирует особая железа, которая расположена на единственной ноге животного. «Шелк» моллюсков состоит из белка, но его химический состав сильно варьирует: он может состоять из креатина, полифенольных или других белковых молекул.

Большая часть того, что мы знаем о биссусе, относится к морским видам двустворчатых вроде мидий. Поэтому авторы новой статьи для PNAS решили изучить «шелк» обитателей пресных вод — дрейссен (Dreissenidae). Это тем более важно, что дрейссены представляют собой инвазивные виды, которые активно захватывают озера и реки Северной Америки.

Ученые сочетали методы спектроскопии, рентгеноструктурный анализ и протеомику, чтобы узнать химический состав и структуру биссуса дрейссенид. Белок в его основе оказался уникальным: он состоит главным образом из структурных единиц, которые называют кристаллиновыми бета-листами, и они характерны для белка паучьего шелка.

При этом исходно в ноге дрейссены синтезируется другой белок, имеющий структуру типа спиральной катушки (coiled coil). Более того, он оказался самым крупным из известных белков соответствующей группы. Далее этот белок-предшественник меняет свою структуру из-за механического воздействия (процессинга) и лишь затем превращается в тот, что похож на белок паука. В дальнейшем он и помогает моллюску закрепиться на дне.

Дрейссены, мидии и их биссус (A-C); эволюционное древо дрейссенид (D) / © M. Simmons et al., 2023

Не менее удивительно происхождение уникального белка дрейссен. Авторы полагают, что им моллюски обязаны бактериям. Примерно 12 миллионов лет назад кодирующий его ген попал в ДНК дрейссен путем горизонтального переноса. Механизм сплошь и рядом используют бактерии для обмена генами между собой, но изредка в нем также участвуют растения или животные.

Новое исследование помогает понять, как лучше «откреплять» опасных инвазивных моллюсков и защитить от них экосистемы. С другой стороны, уникальный белок дрейссены вполне может быть использован для создания новых, прочных и устойчивых в воде материалов и биосовместимых полимеров.