Как и все организмы, растения связаны с бактериальными сообществами, в которых полезные и вредные бактерии конкурируют за доминирование. Среди оружия этих воюющих бактерий есть молекулярные шприцы, которые одни бактерии могут использовать для введения токсинов другим. В исследовании, опубликованном 2 февраля в журнале Journal of Biological Chemistry, исследователи из Университета Макмастера в Канаде определили идентичность одного из таких токсинов, используемых обитающей в почве бактерией, которая защищает растения от болезней.
Бактерия Pseudomonas protegens может убивать обитающие в почве патогены растений, в том числе грибки и бактерии, поражающие корни важных сельскохозяйственных культур, таких как хлопок. Pseudomonas protegens выделяет в почву различные противомикробные соединения, но Джона Уитни особенно интересовали соединения, которые он вводил непосредственно в другие бактерии через систему секреции типа VI, или T6SS..
«[T6SS] - это молекулярная наномашина, которая вводит токсичный белок в другие виды бактерий и убивает их», - сказал Уитни. «Бактерии для защиты растений, содержащие [T6SS], могут лучше защищать растения от патогенов по сравнению с [бактериями], у которых его нет».
Дженни Танг и Натан Буллен, студенты бакалавриата Университета Ватерлоо, работающие с Уитни над совместным заданием по работе и учебе, возглавили открытие того, что токсичный белок, используемый P. protegens против других бактерий, действует на молекулу обнаружен почти во всех живых клетках: никотинамидадениндинуклеотид, или NAD+.
NAD+ является кофактором или «вспомогательной» молекулой во многих биохимических реакциях. Вводя белок, разрушающий NAD+, P. protegens способен убивать другие бактерии.
Затем команда исследовала последовательности геномов многих других бактерий, чтобы увидеть, насколько широко распространена стратегия нацеливания на NAD+ в микробной войне. Они обнаружили, что многие бактерии с системами секреции несут гены, подобные генам, кодирующим токсин, нацеленный на НАД.
«Мы начали понимать, что это не просто способ уничтожения, осуществляемый защищающими растения бактериями», - сказал Уитни. «Если вы посмотрите на распределение этого (белка) среди всех секвенированных бактерий, окажется, что многие разные бактерии в самых разных экологических нишах используют этот способ действия, чтобы превзойти другие бактерии».
Обилие этих токсинов в природе вызывает много вопросов: как разные бактерии в разных средах эволюционируют, чтобы противостоять этому токсину? Являются ли токсины, нацеленные на НАД, более эффективными против одних видов бактерий, чем против других? Понимание разнообразия бактериального оружия является активной областью исследований среди сельскохозяйственных исследователей, которые хотели бы разработать более эффективные способы борьбы с болезнями растений.
«Идентификация и характеристика антибактериальных токсинов, продуцируемых бактериями, защищающими растения, может однажды позволить нам спроектировать эти бактерии, чтобы они обладали повышенной способностью подавлять патогены», - сказал Уитни.