Протимікробний білок захистив цитрусові від бактеріальної інфекції

04 лютого 2021, 09:02 | Здоров'я
фото з NeBoley.com.ua
Розмір тексту:

Біологи з США знайшли білок, який може захистити цитрусові дерева від інфекційного захворювання - позеленіння цитрусових. Описане з'єднання виявилося ефективніше антибіотика стрептоміцину і до того ж стійким до спеки, що робить його ідеальним кандидатом для боротьби з патогенними бактеріями. Робота опублікована в PNAS.

Позеленіння цитрусових, або «хвороба жовтого дракона», спочатку родом з Азії, але вже не один десяток років вражає дерева в Африці і Західній Півкулі. Це інфекційне захворювання цитрусових дерев передається від рослини до рослини через комах (Diaphorina citri). Збудники хвороби - бактерії роду Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas). Серед усіх захворювань цитрусових хвороба жовтого дракона виділяється як таке, що завдає найбільшої шкоди плантаціям. Поширені симптоми включають в себе раннє пожовтіння і опадання листя, відмирання гілок, позасезонне цвітіння і дозрівання маленьких, неправильної форми, з товстою зеленою шкіркою і кислим смаком плодів.

Для боротьби з хворобою зараз використовують інсектициди, щоб контролювати переносників захворювання, і антибіотики, щоб обмежити зростання бактерій-збудників. Однак жоден з методів не показав себе досить ефективним в стримуванні захворювання. Фахівці покладають надії на вроджений імунітет рослин: зазвичай при зустрічі з інфекцією захисна система рослин виробляє антимікробні білки. Відомо, що всі вирощувані до вживання цитрусові схильні до позеленіння, але існують гібриди, які стійкі до впливу CLas. Ймовірно, стійкі до захворювання рослини якраз виділяють антимікробні пептиди, які борються з патогенними бактеріями.

Група дослідників з Каліфорнійського університету під керівництвом Хайлін Цзінь (Hailing Jin) порівняла матричні РНК стійких і схильних до позеленіння дерев і визначила список генів, які могли відповідати за захист рослин від CLas. Серед них увагу вчених привернув ген, що кодує невеликий білок з 67 амінокислотних залишків. За передбаченою структурі білок був схожий на стійкий до високих температур антимікробний пептид, який зустрічається у рослин роду Arabidopsis. Схожі гени зустрічалися у родинних стійких цитрусових, наприклад, у австралійського пальчикові лайма (Microcitrus australasica), понціруса трехлісточкового (Poncirus trifoliata) або Муррайя метельчатой \u200b\u200b(Murraya paniculata). У культивованих апельсинів (Citrus sinensis) і клементинов (Citrus clementine), які погано переносять захворювання, подібні гени були довші і експресуватися менш активно.

Дослідники також перевірили, чи присутні передбачувані антимікробні пептиди в флоеме, провідної тканини рослин, де зазвичай концентруються бактерії-збудники захворювання. Білки знайшлися у флоеме пальчикового лайма і понціруса, у флоеме апельсинів їх помічено не було. Разом ці результати дали зрозуміти, що антимікробні пептиди швидше за все відповідають за стійкість цитрусових до поразки бактеріями CLas.

Щоб перевірити ефективність антимікробних пептидів, вчені використовували створену раніше модель, яка імітує зараження в природі: комахи з позитивним тестом на присутність патогенних бактерій харчувалися рослиною, і разом зі слиною комах бактерії потрапляли в рослину. У моделі використовували листоблошки Bactericera cockerelli і молоді рослини Nicotiana benthamiana, родинні тютюну. Листоблішка зазвичай не харчується тютюном, але іноді кусає його молоді пагони. Тютюн, в свою чергу, зазвичай не схильний до позеленіння, але його молоді паростки трохи жовтіють в разі інфекції бактеріями Candidatus Liberibacter. Його вибрали з-за того, що цитрусові ростуть повільно і виявляють симптоми довго, а тютюн - значно швидше. Щоб швидко оцінити ступінь зараження і вплив антимікробних пептидів на бактерії в цій моделі використовують Bactericera cockerelli і Nicotiana benthamiana замість Diaphorina citri і цитрусових. Потім рослини обробляли антимікробними пептидами, отриманими з різних стійких дерев. Придушити зростання бактерій в рослинах найкраще вдалося антимікробних пептидів з пальчикового лайма. Саме з цим білком і провели подальші експерименти.

Антибактеріальний ефект пептиду перевіряли на бактерії Liberibacter crescens, яку, на відміну від CLas, можна культивувати в лабораторних умовах. Вченим вдалося з'ясувати, що десять микромоль антимікробної пептиду вбиває бактерії вже через півгодини впливу, а дози поменше (один микромоль і сто наномоль) показують подібний результат через п'ять годин. 100 наномоль речовини навіть виявилися більш ефективними проти бактерій, ніж 172 микромоль антибіотика стрептоміцину. До приємне здивування авторів роботи, описаний ними антимікробний пептид виявився стійким до відносно високих температур. Білок нагрівали до 60 градусів Цельсія і тримали в такому стані 20 годин, після цього знову перевіряли його активність. Більшу частину бактерицидного ефекту пептид зберіг, на відміну від стрептоміцину.

Дослідники також визначили оптимальний проміжок між ін'єкціями розчину антимікробної пептиду. Хворі рослини, які раз у два місяці отримували розчин з концентрацією 100 микромоль, стали виглядати здоровими, а титр патогенних бактерій в їх флоеме значно знижувався. Дерева з контрольної групи, які не отримували лікування, гірше росли і не втрачали характерне пожовтіння листя. Не менш важливо, що антимікробний пептид запускав імунну відповідь і в здорових рослинах. Оброблені спреєм дерева активували експресію цілого набору захисних генів. Ймовірно, стимуляція власного імунітету рослин може захистити їх від багатьох патогенів, а не тільки від CLas.

Заражені апельсинові дерева (Citrus sinensis) через 12 місяців обробки порожнім розчином (зліва) і розчином антимікробної пептиду (праворуч) Досліди з іншими бактеріями дозволили припустити, що антимікробний білок ефективний в цілому проти бактерій класу альфабактерій, до якого і належать Candidatus Liberibacter. Імовірно, описаний пептид руйнує зовнішню мембрану бактерій і руйнує клітину, що веде до її лізису.

Автори оцінили токсичність білка. Фітотоксичність розчину з концентрацією 100 микромоль виявилася незначною. Для людей білок також не представляє небезпеки: він швидко розщеплюється пепсином - ферментом, який виробляється в шлунку. Крім того, люди давно вживають плоди пальчикового лайма в їжу, і що міститься в них антимікробний пептид, мабуть, легко перетравлюється.

Вчені сподіваються, що описане ними засіб допоможе агрономам і врятує плантації цитрусових від хвороби жовтого дракона.

Антимікробні пептиди виробляються багатьма живими організмами: грибами, рослинами, тваринами. Вчені активно досліджують ці речовини, які мають потенційне застосування і в медицині. Крім того, можливо, ці білки можуть боротися не тільки з бактеріями, а й вірусами. Наприклад, антимікробний пептид з жаб'ячої слизу може боротися з вірусом грипу.

Віра Сисоєва https: // nplus1. ru /.

Ключові слова:.




Додати коментар
:D :lol: :-) ;-) 8) :-| :-* :oops: :sad: :cry: :o :-? :-x :eek: :zzz :P :roll: :sigh:
 Введіть вірну відповідь