เวทมนตร์ของแมลงที่แปลงร่างเป็นใบไม้: ความตื่นตาตื่นใจของโปรตีนใหม่ "DBXN" ที่ย้อมตั๊กแตนสีเขียว

1. ร่างกายสีเขียวเป็นเรื่องบังเอิญหรือความจำเป็น—การท้าทายปริศนาที่มีมายาวนาน

เมื่อคุณนั่งลงบนทุ่งหญ้าและมองดูต้นหญ้าที่ไหวไปตามลม คุณจะเห็นตั๊กแตนตัวหนึ่งที่เกาะอยู่บนลำต้นของมัน สีเขียวที่มีโทนเดียวกับใบไม้ ปีกที่มีเส้นใยโปร่งแสง และหลังที่มีสีน้ำตาลเล็กน้อย—การพรางตัวที่สมบูรณ์แบบนี้สามารถหลอกตานักล่าและแม้แต่นักวิจัยได้ มีความเชื่อเก่าแก่ที่ว่าแมลงมีสีร่างกายเพราะกินคลอโรฟิลล์และ "ย้อมสี" แต่สมมติฐานที่ว่า **"อาจมีระบบที่สร้างสีเขียวในร่างกาย"** นำไปสู่การค้นพบในครั้งนี้ ja.wikipedia.org

2. โปรตีนใหม่ "ดีวิลิโนแซนทินิน (DBXN)" คืออะไร

ทีมวิจัยได้สกัดโปรตีนสีเขียวที่ละลายน้ำได้จากผิวหนังของ *T. cantans* ผลการวิเคราะห์มวลและการเรียงลำดับ de novo พบว่ามันเป็น ไตรเมอร์ที่ผิดปกติยาวประมาณ 80 kDa โดยแต่ละหน่วยย่อยเป็นชิ้นส่วนของโปรตีนไข่แดงวิตีโลเจนิน ภายในมี รงควัตถุสีเหลืองลูทีน ×2, บิลินสีน้ำเงิน ×2, และฟอสโฟลิปิด ×4 ใน "กระเป๋าสองสี" และการวิเคราะห์โครงสร้างผลึก (PDB: 9KUE) ระบุที่ตั้งของรงควัตถุด้วยความละเอียด 1.99 Å ncbi.nlm.nih.govpubmed.ncbi.nlm.nih.gov

3. เบื้องหลังการค้นพบ—ทีมงานนานาชาติและนักวิจัยชาวญี่ปุ่น

ผู้เขียนหลักของบทความคือคุณปีเตอร์ ชวาร์ตซ์ จากมหาวิทยาลัยเกิททิงเงน ประเทศเยอรมนี มหาวิทยาลัยอุปซาลา ประเทศสวีเดน มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ชีวิตเช็ก และมหาวิทยาลัยโทโฮคุ ประเทศญี่ปุ่น (กลุ่มชีววิทยาโครงสร้าง) ได้ร่วมมือกัน โดยใช้บีมไลน์ BL41XU ของ SPring-8 ในการวิเคราะห์ผลึก ผู้ร่วมวิจัยชาวญี่ปุ่น รองศาสตราจารย์ซากิ ซาโต กล่าวกับสื่อว่า "ฉันมีลางสังหรณ์ว่ามี 'โปรตีนสีเขียว' ที่เทียบเท่ากับ GFP ในโลกของแมลง และความฝันที่ตามมาเป็นเวลา 10 ปีก็เป็นจริง" phys.org

4. "ซิมโฟนีแห่งการพรางตัว" ที่โมเลกุลสร้างขึ้น

กุญแจที่ DBXN สร้างสีเขียวคือ **"การผสมสีแบบบวก"** ช่วงความยาวคลื่นที่มนุษย์รับรู้ว่าเป็น "สีเขียว" อยู่ที่ประมาณ 500–560 nm การดูดซับและการกระจายของสีเหลือง (ประมาณ 560 nm) และสีน้ำเงิน (ประมาณ 480 nm) ที่ซ้อนทับกันทำให้เกิดสเปกตรัมสะท้อนแคบที่มีจุดสูงสุดในช่วงกลาง แตกต่างจากโปรตีนบิลิเวอร์ดินในกบหรือโครงสร้างปริซึมในผีเสื้อ สามารถเรียกว่าเป็น "แคปซูลรงควัตถุ" pnas.org

5. ผู้เชี่ยวชาญชาวญี่ปุ่นมองอย่างไร

• ชินยะ โมริคาวะ (มหาวิทยาลัยเกียวโต สาขาสัณฐานวิทยาแมลง): "แตกต่างจากระบบเมลานินที่ตั๊กแตนตำข้าวใช้ในการสลับสีเขียวและสีน้ำตาล T. cantans รักษาสีไว้จนถึงวัยผู้ใหญ่ แนวคิดการใช้โปรตีนไข่แดงซ้ำในวิวัฒนาการนี้น่าสนใจ"

• โชโกะ ฟูจิตะ (มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโตเกียว สาขาเคมีตัวเร่งปฏิกิริยา): "โปรตีนที่ 'ห่อหุ้ม' รงควัตถุอินทรีย์ที่มีความเสถียรที่อุณหภูมิห้องและไม่ละลายในน้ำหรือน้ำมัน แนวคิดนี้สามารถนำไปใช้ในการออกแบบการกระจายของ OLED ใหม่ได้"

6. ศักยภาพในการประยุกต์ใช้—จากวัสดุที่ยั่งยืนถึงไบโอเซนเซอร์

1. หมึกสีเขียวจากธรรมชาติ: "คลอโรฟิลล์ซีดจางเร็ว แต่ DBXN เพิ่มความเสถียรของลูทีนและบิลิน รักษาการดูดซับแสงได้ 90% หลังการฉายแสง"

2. ไบโอมาร์คเกอร์สำหรับการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม: เนื่องจากจุดสูงสุดของการเปล่งแสงอยู่ทางด้านแดงมากกว่า GFP จึงอาจแยกจากฟลูออเรสเซนซ์พื้นหลังในพืชได้ง่ายขึ้น

3. เครื่องสำอางตอบสนอง: การเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงรงควัตถุด้วยอุณหภูมิ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกลับได้จากสีฟ้าเทอร์ควอยซ์อ่อนถึงสีเขียวเข้ม

7. ความตื่นเต้นในโซเชียลมีเดีย

หลังจากการเปิดเผยงานวิจัย บัญชี X อย่างเป็นทางการของวารสารเคมีสหรัฐ C&EN ได้โพสต์ว่า "This insect uses a protein to go green" คลัสเตอร์วิทยาศาสตร์ของญี่ปุ่นได้กระจายข่าวด้วย #昆虫発色 และ

"GFP ต่อไปคือ GBP (Grasshopper Green Protein) หรือไม่!"
"ยุคที่ไม่เพียงแค่สารอาหารจากแมลง แต่ยังรวมถึงรงควัตถุได้รับความสนใจ"
ความคิดเห็นเหล่านี้ได้รับการแสดงผลนับพันครั้ง จากชุมชนนักวิจัยมีเสียงว่า ""ดูเหมือนว่าจะสามารถสร้างฟิลเตอร์กล้อง DIC จากสิ่งมีชีวิตได้"" x.com

8. ความแปลกใหม่ของวิวัฒนาการที่เห็นได้จากการเปรียบเทียบกับตระกูล GFP

GFP ที่มาจากแมงกะพรุนสร้างโครโมฟอร์ในเบต้า-บาร์เรลด้วยตัวเอง แต่ DBXN เป็นการรวมตัวของหน่วยย่อยที่ขนส่งและยึดติดรงควัตถุภายนอก **"การเรืองแสงด้วยตัวเอง" เทียบกับ "การรวมแสงจากผู้อื่น" กลยุทธ์ที่ตรงกันข้ามนี้แสดงให้เห็นว่าวิธีการได้สีไม่ใช่มีเพียงวิธีเดียว นอกจากนี้ การวิเคราะห์สายวิวัฒนาการของยีนยังประมาณการกระบวนการที่ชิ้นส่วนวิตีโลเจนิน "ตัด→ย่อ→เปลี่ยนฟังก์ชัน"** ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความคิดสร้างสรรค์ของวิวัฒนาการ pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

9. สนามญี่ปุ่นและปัญหาการอนุรักษ์

สายพันธุ์ใกล้เคียงที่อาศัยในประเทศ ยาบุกิริ และ คายากิริ ก็มีสีเขียวของร่างกายเช่นกัน แต่ยังไม่พบโปรตีนที่คล้าย DBXN สภาพอากาศร้อนและยาฆ่าแมลงทำให้จำนวนประชากรลดลงทุกปี จำเป็นต้องดำเนินการ "วิจัยสีร่างกาย+การศึกษาการอนุรักษ์" พร้อมกัน โครงการวิทยาศาสตร์ที่มีส่วนร่วมของประชาชนกำลังขยายตัวโดยมีการนับจำนวนประชากรที่มีสีเขียวและสีน้ำตาลในการสังเกตการณ์กลางแจ้ง

10. บทสรุป—บทกวีโมเลกุลเกี่ยวกับ "สีเขียว"

การแสดงเป็นใบไม้เพื่อความอยู่รอด—เบื้องหลังคือดราม่าเงียบที่โปรตีนไข่แดงที่สูญหายไปกอดรัดรงควัตถุ DBXN ไม่เพียงเป็นเครื่องมือในการพรางตัว แต่ยังเป็นบทกวีของวิวัฒนาการที่ "ชิ้นส่วนที่ไม่จำเป็นได้รับฟังก์ชันใหม่และนำสิ่งมีชีวิตไปสู่ทิวทัศน์ใหม่" ในอนาคต นักวิศวกรรมโมเลกุลจะตีความบทกวีนี้อย่างไร และจะถักทอเทคโนโลยีสีเขียวแบบใด ร่างกายเล็กๆ ของตั๊กแตนสีเขียวอาจทำให้อนาคตของมนุษยชาติเป็นสีเขียวที่สดใสขึ้นเล็กน้อย

เอกสารอ้างอิงและแหล่งข้อมูล

• Phys.org "การศึกษาค้นพบโปรตีนที่ช่วยให้ตั๊กแตนพุ่มไม้สีเขียวเลียนแบบใบไม้สีเขียว" phys.org

• Chemical & Engineering News "แมลงนี้ใช้โปรตีนเพื่อเปลี่ยนเป็นสีเขียว" cen.acs.org

• PNAS "โปรตีนสองสีเขียวที่ช่วยให้เลียนแบบใบไม้ในสัตว์ขาปล้อง" & PDB 9KUE pubmed.ncbi.nlm.nih.govncbi.nlm.nih.gov

• Wikipedia "ตั๊กแตน" และข้อมูลพื้นฐานทางนิเวศวิทยา ja.wikipedia.org

• สรุปโพสต์ X (Twitter เดิม) (C&EN อย่างเป็นทางการและอื่น ๆ) x.com