Биолюминесценция — способность живых организмов излучать свет в видимом диапазоне. В ее основе лежит биохимическая реакция окисления субстрата люциферина кислородом под действием фермента люциферазы, сопровождающаяся испусканием света. Из примерно 40 известных биолюминесцентных систем только для нескольких из них были установлены структура люциферина и ген катализирующей его окисление люциферазы. Несмотря на небольшое число описанных люциферин-люциферазных пар (около 10), они были усовершенствованы и использованы для создания большого разнообразия люминесцентных инструментов для различных биомедицинских приложений (Shimomura and Yampolsky 2019). Так, одними из самых широко используемых являются люциферазы светлячка FLuc (Wood et al. 1984), Renilla RLuc (Cormier and Karkhanis 1971) и NanoLuc (Hall et al. 2012) ввиду их яркости и доступности вариантов этих систем разных цветов (Kaskova, Tsarkova, and Yampolsky 2016). Однако одним из недостатков использования данных люциферин-люциферазных пар является необходимость экзогенного добавления субстрата, что приводит к инвазивности проводимых исследований. Ранее в нашей лаборатории были изучены механизмы биолюминесценции высших грибов: установлены структуры люциферина грибов и его интермедиатов, а также ферменты, участвующие в их конверсии (Konstantin V. Purtov et al. 2015; Kaskova et al. 2017; Kotlobay et al. 2018). Данная биолюминесцентная система избавляет от экзогенного добавления субстрата и открывает новые возможности для проведения неинвазивного биоимиджинга in vivo в эукариотических организмах (Mitiouchkina et al. 2020). Однако несмотря на то, что биолюминесцентная система грибов является генетически кодируемой, испускаемый в результате реакции свет по яркости уступает другим широко используемым люциферин-люциферазным системам — светлячка, NanoLuc, Renilla (данные не опубликованы). Помимо этого, до сих пор отсутствуют варианты люциферин-люциферазной системы грибов разных цветов, которые можно было бы использовать для многоцветного люминесцентного биоимиджинга (Suzuki et al. 2016). Для создания более совершенных биолюминесцентных репортеров, пригодных для решения широкого ряда биотехнологических задач, необходима оптимизация биолюминесцентной системы грибов путем улучшения спектральных характеристик как субстрата (люциферина), так и фермента (люциферазы). Настоящий проект нацелен на оптимизацию люциферин-люциферазной системы грибов путем получения аналогов люциферина с улучшенными спектральными характеристиками, а также проведения направленной эволюции люциферазы гриба Neonothopanus nambi. Также мы планируем протестировать люциферазы из других светящихся грибов на возможность окислять люциферин грибов и его синтезированные в ходе проекта аналоги. Помимо этого, мы протестируем аналоги кофейной кислоты на возможность их использования ферментами биолюминесцентной системы грибов. Совместно с научной группой Абхиджита Де мы планируем показать эффективность улучшенной в ходе проекта люциферин-люциферазной системы грибов путем разработки биолюминесцентных инструментов для проведения имиджинга в культуре опухолевых клеток, исследования взаимодействия белков путем создания сенсоров, основанных на биолюминесцентном резонансном переносе энергии (bioluminescence resonance energy transfer, BRET), и проведения предклинических имиджинговых исследований in vivo.