Задля захисту рослин модифіковано антибактеріальні пептиди

Співробітники Тюменського державного університету спільно з «ДержНДІ особливо чистих біопрепаратів ФМБА Росії» і комерційним партнером з Санкт-Петербурга досліджували вплив нового синтетичного пептиду на бактеріальні клітини, підтвердивши його малу токсичність і сильні антимікробні властивості. Результати дослідження опубліковано у журналі «Journal of Peptide Science».

Учені в усьому світі давно оцінили перевагу антимікробних пептидів перед іншими антибіотиками. Антимікробні пептиди надають потрібну дію в надзвичайно низьких концентраціях, «працюють» c широким спектром мікробів і при цьому мають малу (в порівнянні з класичними антибіотиками) токсичністю для багатоклітинних організмів.

Вчені Тюменського державного університету вирішили задіяти модифікований антибактеріальний пептид для захисту рослин.

«Фітопатогени набувають стійкості до багатьох відомих пестицидів, які колись утримували їх під контролем. Це серйозний виклик для сучасного сільського господарства. Крім того, турбує і потенційна небезпека агрохімікатів для здоров'я людини і навколишнього середовища. Одне з рішень в боротьбі з фітопатогенами приховано в самих живих організмах: еволюція привнесла в останні стратегію захисту від мікроорганізмів, засновану на різних молекулах з антимікробною активністю, — зокрема, пептидах», — пояснює один з авторів роботи, науковий співробітник Інституту екологічної та сільськогосподарської біології«X-BIO»ТДУ Олексій Васильчен.

Існує дві стратегії використання подібних речовин в захисті рослин від фітопатогенів. Одна з них - отримання трансгенних сортів, здатних до самостійного продукції антимікробних пептидів. Наприклад, трансгенні сорти рису, кукурудзи, бавовни, картоплі, які синтезують антимікробні пептиди, вже зараз успішно використовуються в сільському господарстві.

Інший підхід у захисті рослин — використання біопестіцідов: препаратів, що містять антимікробні пептиди, які розпилюють безпосередньо на рослини.

Вчені з Санкт-Петербурга взяли природну молекулу індоліцідіна, спочатку виділену з нейтрофілів великої рогатої худоби (нейтрофіли - клітини крові, відповідальні за вбивство чужинців), і замінили в ній амінокислоту L-триптофан на D-фенілаланін.

Така заміна значно знизила токсичність пептиду і одночасно підвищила його стійкість до руйнуючих ферментам. Приєднання залишку жирної кислоти до пептидну молекулу, в свою чергу, посилило антимікробні властивості останньої. Модифікацію назвали антимікробну пептидом In-58.

«Незважаючи на всі переваги антимікробних пептидів, їх досі вкрай рідко використовували в практичній сфері життя людини (від медицини до сільського господарства). По-перше, висока концентрація надає токсичний ефект на рослинні і тваринні клітини. До того ж до того, пептиди нестабільні в навколишньому середовищі, наповненою протеазами (ферментами, що розщеплюють пептидную молекулу). Однак, сучасна біоінформатика дозволяє провести раціональний дизайн нової структури і ліквідувати недоліки оригінальної молекули. Наприклад, заміна природних L-форм амінокислот в пептиді на D-форми знижує цитотоксичність і одночасно збільшує стійкість молекули до протеаз», — розповідає Олексій Васильченко.

Перший крок в реалізації використання антимікробних пептидів в практичному якості — проведення експериментів, де потенційний біопестицид всебічно досліджують в лабораторних умовах. На даному етапі вчені вивчають механізми антимікробної дії, оцінюють стійкість фітопатогена до впливу і стабільність препарату в умовах, що імітують польові. Попереду ще два важливих кроки: лабораторні дослідження на рослинах і реальні польові випробування.