Как растения подманивают вредоносные бактерии
Оказывается, растения выкладывают на порог коврик с приветствием для бактерий, стремящихся к вторжению, и ученые обнаружили молекулярный состав этого коврика. Результаты исследования, опубликованные на этой неделе в журнале «Труды Национальной академии наук», демонстрируют новую информацию о борьбе микробов и их хозяев, которую учёные смогут использовать для защиты растений.

Команда исследователей выяснила, что скромное и часто используемое в экспериментах растение, арабидопсис, издаёт молекулярный сигнал, приветствующий атаку патогенов. Это как если бы враждебная армия случайно проходила мимо замка, и часовые вдруг вскочили бы и закричали: «Сюда! » – привлекая нападающих к цели, мимо которой они бы в противном случае просто прошли мимо.

Подобная сигнальная система запускает в бактерии структуру, которая на самом деле очень похожа на шприц, использующийся для введения вирулентных белков в её цель. Было удивительно узнать, что метаболиты, выделяемые растением-хозяином, могут сыграть свою роль в запуске этой системы в бактериях, – признаётся автор статьи, химик Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики, Томас Метц.

В исследовании затрагивается ключевой момент в отношениях между микробом и хозяином, когда микроб признает хозяина как потенциальную цель и использует определённые молекулярные механизмы для того, чтобы пробить его оболочку и ввести своё содержимое в клетки растения – важнейший шаг в заражении организма.

Проводившееся учёными исследование было сосредоточено на бактерии, известной как Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, которая может разрушать помидоры, также как и арабидопсис. Для того чтобы заражать растения, данная бактерия использует молекулярную систему, известную как Система секреции 3 типа [Type 3 Secretion System] или T3SS. В случае с помидорами, инфекция приводит к появлению неприглядных коричневых пятен.

Команда учёных под руководством Скота Пека из Университета Миссури обнаружила мутировавший вид растений, известный как арабидопсис mkp1, обладающий устойчивостью к инфекции Pseudomonas syringae. Затем исследователи сравнили уровни метаболитов в обычном арабидопсисе и в мутантной форме растения mkp1. Группа профессора Пека использовала полученные выводы в качестве руководства для того, чтобы обнаружить соединения, отличившиеся наибольшим влиянием – комбинацию, которая приглашает инфекцию.

В результате исследователи обнаружили группу из пяти кислот, которые вместе обладали наибольшим влиянием на включение T3SS бактерий: пироглутаминовая, лимонная, шикимовая, 4-гидроксибензойная и аспарагиновая кислоты.

Учёные выяснили, что по сравнению с нормальным растением, мутировавшее отличается гораздо более низким уровнем этих клеточных продуктов на поверхности растения. Так как устойчивые растения не обладают высоким уровнем этих кислот, то это останавливает бактерии от активации их «шприца». Но как только данная комбинация кислот вводилась на mkp1, он быстро становился мишенью для инфекции.

Мы знаем, что во избежание обнаружения, микробы могут маскироваться при помощи изменения белков или молекул, которые растение использует для распознавания бактерии, – отметил Пек, адъюнкт-профессор биохимии в Университете штата Миссури и ведущий автор статьи. – Полученные нами результаты показывают, что растение также может маскироваться от распознавания патогеном, за счёт удаления сигналов, необходимых возбудителю для того, чтобы стать полностью вирулентным.

И хотя исследование профессора Пека сосредоточены на бактерии, в основном поражающей томаты, результаты этой работы могут также найти применение и для людей. Те же молекулярные механизмы, что и у Pseudomonas syringae, используются множеством микробов, чтобы вызвать болезни, от которых страдает человек, в том числе сальмонелла, чума, заболевания дыхательных путей и хламидиоз.

С точки зрения энергетики, результаты данного исследования помогут ученым выращивать растения, которые будут служить в качестве источников энергии, и будут более устойчивы к инфекции. Кроме того, более глубокое понимание сигналов, которые используют микробы, помогает ученым, полагающимся на подобные организмы при преобразовании таких материалов, как просо и древесная стружка, в пригодное для использования топливо.

Таким образом, данная работа открывает путь к новым способам обезвреживания патогенных бактерий, за счёт изменения растений и превращения их в неинвазивные.

Существует множество решений, позволяющих добиться устойчивости к болезням у растений, что лишь подчёркивает важность полученной нами информации, – объясняет профессор Пек. – Данная концепция еще одного слоя взаимодействия между хозяином и микробом даёт нам дополнительную принципиальную стратегию манипуляции сопротивлением.

Вместо того, чтобы убивать бактерии, мы устраняем сигналы распознавания на самом растении, делая бактерии довольно безобидными, и выигрывая время для естественной иммунной системы, чтобы растение само могло защитить себя.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

1 + 8 =