Без микроорганизмов человек не смог бы выжить. Особенно наша кишечная флора представляет собой чрезвычайно густонаселенную экосистему, в которой обитают миллиарды бактерий, которые помогают нам переваривать или очищать пищу, снабжают нас витаминами или модулируют нашу иммунную систему. Точно так же растения имеют так называемый микробиом. В отличие от животных и человека микроорганизмы, связанные с растениями, представляют собой в первую очередь почвенную микробиоту. Ученые рассматривают почвенный микробиом как своеобразную или внешнюю иммунную систему растений. Однако из-за огромной сложности этих микробиомов ученым очень трудно сгруппировать бактерии как полезные или вредные, а некоторые таксоны бактерий даже способны трансформироваться из доктора Джекила в мистера Хайда при стрессах окружающей среды.
Группа ученых под руководством Яна Т. Болдуина исследует микробиом дикого вида табака Nicotiana attenuata. «Чтобы манипулировать микробиомом, мы использовали экспрессию антимикробных пептидов. Наши растения показали активность против различных видов Bacillus, которые в основном известны как полезные для растений микробы. Мы предположили, что эти трансгенные растения могут демонстрировать дефицит роста или размножения в полевых условиях. Другими словами: мы хотели сделать несчастное растение, чтобы увидеть, насколько важны для него микробы. К нашему удивлению, растения оказались довольно равнодушными, когда мы сравнили их с контрольными в полевых условиях», - резюмирует первый автор Арне Вайнхольд.
Однако при ближайшем рассмотрении и результатах дальнейших экспериментов видно, что разные штаммы одного и того же вида бактерий различаются по чувствительности к антимикробным пептидам. Современные методы, используемые для характеристики микробиома, не могут распознать эти различия. Ученые считают, что противомикробные пептиды нацелены на отдельные штаммы. Тем не менее, огромное разнообразие бактерий в почве обеспечивает огромный потенциал для новых партнерских отношений. Потенциальные негативные последствия экспрессии AMP для трансгенного растения меньше, чем считалось ранее.
Животные и растения производят природные противомикробные пептиды. Даже в нашем кишечнике вырабатываются противомикробные пептиды. Поскольку большинство комменсальных или полезных микробов кишечной флоры человека обладают естественной устойчивостью к антимикробным пептидам, ассоциированным с воспалением, они помогают поддерживать баланс кишечной флоры во время воспаления. В медицинских целях агенты даже рассматриваются как потенциальные альтернативы антибиотикам для борьбы с патогенами, которые стали устойчивыми к лекарствам. В то время как противомикробные пептиды могут быть очень эффективны против отдельных бактериальных штаммов в лабораторных условиях, их влияние на целое сообщество бактериальных штаммов в естественных условиях оценивалось редко и довольно сомнительно. «Вот почему так важно изучать растения не только в теплице, но и в естественных условиях, в естественных почвах их исконной среды обитания. Лабораторные эксперименты, в которых человек контролирует переменные, которые будут варьироваться, дадут только результаты которые ограничены человеческим воображением. Эксперименты, проведенные в реальном мире, на природе, дают результаты, которые иногда сложно интерпретировать, не ограниченные человеческим воображением», - говорит руководитель исследования Ян Болдуин, изучающий экологические взаимодействия Nicotiana attenuata в природе более 20 лет.
Изучение микробиома растения и его влияния на развитие и здоровье растения оказывается гораздо более сложным и сложным, чем предполагалось. В настоящее время исследователи из Йены планируют дальнейшие эксперименты с растениями табака, чтобы выяснить, как эти растения привлекают почвенные бактерии, как они поддерживают отношения со своими бактериальными партнерами и как они удерживают их от превращения в вредоносные патогены.