Протимікробний пептид захистив цитрусові від бактеріальної інфекції

Біологи з США знайшли білок, який може захистити цитрусові дерева від інфекційного захворювання - позеленіння цитрусових. Описана сполука виявилася ефективнішою за антибіотик стрептоміцину і до того ж стійким до спеки, що робить його ідеальним кандидатом для боротьби з патогенними бактеріями. Робота опублікована в.

Позеленення 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 (. Збудники хвороби - бактерії роду (CLas). Серед усіх захворювань цитрусових хвороба жовтого дракона виділяється як така, що завдає найбільшої шкоди плантаціям. Поширені симптоми включають в себе раннє побажання і опадіння 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 у 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 Цзіня (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, який кодує невеликий білок з 67 амінокислотних залишків. За передбаченою структурою білок був схожий на стійкий до високих температур антимікробний пептид, який зустрічається у рослин роду. Схожі гени зустрічалися у споріднених стійких цитрусових, наприклад, у австралійського Пальчикового лайму (), понцирусу трилисточкового () або Муррайі метільчастої (). У культивованих апельсинів () і клементинів (), які погано переносять захворювання, подібні гени були довшими і експортувалися менш активно.

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

Щоб перевірити ефективність антимікробних пептидів, вчені використовували створену раніше модель, що 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 листоблошку і молоді рослини, споріднені тютюну. Листоблошка зазвичай не харчується тютюном, але іноді кусає його молоді втечі. Тютюн, у свою чергу, зазвичай не схильний до позеленіння, але його молоді паростки трохи жовтіють у разі інфекції бактеріями. Його вибрали через те, 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 і замість і цитрусових. Потім рослини обробляли антимікробними пептидами, отриманими з різних стійких дерев. Придушити зростання бактерій у рослинах найкраще вдалося антимікробним пептидам з пальчикового лайму. Саме з цим білком і провели подальші експерименти.

Антибактеріальний ефект пептида перевіряли на бактерії, яку, на відміну від CLas, можна культивувати в лабораторних умовах. Вченим вдалося з'ясувати, що десять мікромоль антимікробного пептида вбиває бактерії вже через півгодини впливу, а дози поменше (один мікромоль і сто наномоль) показують подібний результат через п'ять годин. 100 наномоль речовини навіть виявилися більш ефективними проти бактерій, ніж 172 мікромоль антибіотика стрептоміцину. До приємного 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 антимікробного пептида. Хворі рослини, які раз на два місяці отримували розчин з концентрацією 100 мікромоль, стали виглядати здоровими, а титр патогенних бактерій в їх флоемі значно знижувався. Дерева з контрольної групи, які не отримували лікування, гірше росли і не втрачали характерне побажання 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.

Досліди з іншими бактеріями дозволили припустити, що антимікробний білок ефективний в цілому проти бактерій класу альфабактерій, до якого і відносяться. Імовірно, описаний пептид руйнує зовнішню мембрану бактерій і руйнує клітку, що веде до її лізису.

Автори оцінили токсичність білка. Фітоксичність розчину з концентрацією 100 мікромоль виявилася незначною. Для людей білок також не становить небезпеки: він швидко розщеплюється пепсином - ферментом, який виробляється в шлунку. Крім того, люди давно вживають плоди пальчикового лайму в їжу, і антимікробний пептид, мабуть, легко перетравлюється. Вчені сподіваються, що описаний 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, але і вірусами. Наприклад, антимікробний пептид з жаби може боротися з вірусом грипу.