Антибактериальные пептиды модифицировали для защиты растений

Ученые Тюменского государственного университета предложили новый способ борьбы с болезнями культур

Сотрудники Тюменского государственного университета (участник проекта «5-100») совместно с «ГосНИИ особо чистых биопрепаратов ФМБА России» и коммерческим партнером из Санкт-Петербурга исследовали воздействие нового синтетического пептида на бактериальные клетки, подтвердив его малую токсичность и сильные антимикробные свойства. Результаты исследования опубликовал портал РИА Новости со ссылкой на журнал «Journal of Peptide Science».

Ученые во всем мире давно оценили преимущество антимикробных пептидов перед другими антибиотиками. Антимикробные пептиды оказывают нужное воздействие в чрезвычайно низких концентрациях, «работают» c широким спектром микробов и при этом обладают малой (по сравнению с классическими антибиотиками) токсичностью для многоклеточных организмов.

Пептиды – это короткие последовательности аминокислот. При определенных условиях (если в такой молекуле гидрофобные и гидрофильные остатки аминокислот дистанцированы, а в водном растворе пептид заряжен положительно) – эти вещества становятся губительными для большинства бактерий.

Ученые Тюменского государственного университета решили задействовать модифицированный антибактериальный пептид для защиты растений.

«Фитопатогены приобретают устойчивость ко многим известным пестицидам, которые когда-то удерживали их под контролем, – поясняет один из авторов работы, научный сотрудник Института экологической и сельскохозяйственной биологии «X-BIO» ТюмГУ Алексей Васильченко. – Это серьезный вызов для современного сельского хозяйства. Кроме того, тревожит и потенциальная опасность агрохимикатов для здоровья человека и окружающей среды. Одно из решений в борьбе с фитопатогенами сокрыто в самих живых организмах: эволюция привнесла в последние стратегию защиты от микроорганизмов, основанную на различных молекулах с антимикробной активностью, – в частности, пептидах».

Существует две стратегии использования подобных веществ в защите растений от фитопатогенов. Одна из них – получение трансгенных сортов, способных к самостоятельной продукции антимикробных пептидов. Например, трансгенные сорта риса, кукурузы, хлопка, картофеля, синтезирующие антимикробные пептиды, уже сейчас успешно используются в сельском хозяйстве.

Другой подход в защите растений – использование биопестицидов: препаратов, содержащих антимикробные пептиды, которые распыляют непосредственно на растения.

Ученые из Санкт-Петербурга взяли природную молекулу индолицидина, первоначально выделенную из нейтрофилов крупного рогатого скота (нейтрофилы – клетки крови, ответственные за убийство чужаков), и заменили в ней аминокислоту L-триптофан на D-фенилаланин.

Такая замена значительно снизила токсичность пептида и одновременно повысила его устойчивость к разрушающим ферментам. Присоединение остатка жирной кислоты к пептидной молекуле, в свою очередь, усилило антимикробные свойства последней. Модификацию назвали антимикробным пептидом In-58.

«Несмотря на все достоинства антимикробных пептидов, их до сих пор крайне редко использовали в практической сфере жизни человека (от медицины до сельского хозяйства). Во-первых, высокая концентрация оказывает токсический эффект на растительные и животные клетки. Вдобавок к тому, пептиды нестабильны в окружающей среде, наполненной протеазами (ферментами, расщепляющими пептидную молекулу). Однако, современная биоинформатика позволяет провести рациональный дизайн новой структуры и ликвидировать недостатки оригинальной молекулы. Например, замена природных L-форм аминокислот в пептиде на D-формы снижает цитотоксичность и одновременно увеличивает устойчивость молекулы к протеазам», – рассказывает Алексей Васильченко.

Первый шаг в реализации использования антимикробных пептидов в практическом качестве – проведение экспериментов, где потенциальный биопестицид всесторонне исследуют в лабораторных условиях. На данном этапе ученые изучают механизмы антимикробного действия, оценивают устойчивость фитопатогена к воздействию и стабильность препарата в условиях, имитирующих полевые. Впереди еще два важных шага: лабораторные исследования на растениях и реальные полевые испытания.

Источник: ria.ru/science