Пережить зиму карасям помогает производство спирта

Группа биологов из университетов Осло и Ливерпуля изучила механизм, позволяющий некоторым пресноводным рыбам выживать в условиях крайнего недостатка кислорода в покрытых льдом водоемах. Секрет заключался в мутантном белке, обеспечивающем выработку этилового спирта из молочной кислоты.

Ученым была известна способность обыкновенного карася (Carassius carassius) и его близкой родственницы золотой рыбки (Carassius auratus) переносить промерзание водоемов, зарывшись глубоко в ил. В таких условиях рыбы временно переключаются на анаэробное дыхание, при котором необходимая для жизненных процессов АТФ вырабатывается путем распада глюкозы. Промежуточным продуктом таких химических реакций служит пировиноградная кислота, которая затем превращается в молочную кислоту. Накопление молочной кислоты в организме вредно, а в больших концентрациях и вовсе опасно, поэтому обычно анаэробное дыхание служит временной мерой. Сходные процессы происходят у дрожжей при спиртовом брожении, но дрожжи в итоге перерабатывают пировиноградную кислоту не в молочную кислоту, а в этиловый спирт.

Карась и золотая рыбка приспособились также превращать молочную кислоту в этанол, который потом выводится из их организма через жабры. Именно это обеспечивает их рекордную по сравнению с другими рыбами устойчивость к гипоксии. В эксперименте карасей помещали в специальные аквариумы, где поддерживалось низкое содержание кислорода. Там рыбы жили неделю, а потом у них брали для исследования образцы тканей.

Оказалось, что у карасей есть два фермента, работающих в их митохондриях. Один – обычная для эукариот пируватдегидрогеназа, обеспечивающая сырье для цикла Кребса, ключевого энергетического процесса в организме. Другой фермент – пируватдекарбоксилаза, он включается при анаэробном процессе и позволяет превратить опасную молочную кислоту в этанол, который потом выводится через жабры. Ученые измерили концентрацию этанола в крови карасей в природе во время продолжительной гипоксии подо льдом. Она оказалась весьма высока – более 50 мг на 100 миллилитров, что выше нормы, при которой разрешается водить автомобиль в Норвегии и Великобритании. Но, как отмечают ученые, высокая концентрация молочной кислоты была бы для рыб куда более опасной.

Ученые также секвенировали ДНК рыб и обнаружили, что около 8 миллионов лет назад у предков карасей и золотых рыбок, ген, отвечающий за синтез пируватдегидрогеназы, удвоился. Одна из его копий продолжила выполнять свои обычные функции, а другая мутировала и обеспечила синтез пируватдекарбоксилазы.

Работа опубликована в журнале Scientific Reports.