Патогенные грибы представляют огромную и растущую угрозу глобальной продовольственной безопасности.
В настоящее время мы защищаем наши посевы от грибковых заболеваний, опрыскивая их противогрибковыми химикатами, также известными как фунгициды.
Однако растущая угроза микробной устойчивости к этим химическим веществам требует постоянной разработки новых фунгицидов.
Консорциум исследователей из Эксетерского университета под руководством профессора Геро Стейнберга объединил свой опыт, чтобы присоединиться к борьбе с фитопатогенными грибами.
В недавней публикации в научном журнале Nature Communications они сообщают об идентификации новых липофильных катионов с моноалкильной цепью (MALC) для защиты сельскохозяйственных культур от пятнистости Septoria tritici при пирикуляриозе пшеницы и риса.
Эти болезни угрожают пшенице и рису, выращиваемым в умеренных широтах, соответственно, и, таким образом, ставят под угрозу безопасность наших двух самых важных калорийных культур.
Путешествие ученых началось с открытия, что MALC ингибируют активность грибковых митохондрий.
Митохондрии - это клеточная «электростанция», необходимая для обеспечения «топливом» всех основных процессов в патогене.
Подавляя важный путь в митохондриях, MALC сокращают поступление клеточной энергии, что в конечном итоге убивает патоген.
В то время как Стейнберг и его коллеги показывают, что этот «способ действия» является общим для различных протестированных MALC и эффективен против патогенных грибков растений, один MALC, который они синтезировали и назвали C18-SMe2+, продемонстрировал неожиданные дополнительные способы действия.
Во-первых, C18-SMe2+ генерирует агрессивные молекулы внутри митохондрий, которые нацелены на жизненно важные белки грибов и, в свою очередь, инициируют программу «самоуничтожения», что в конечном итоге приводит к «клеточному самоубийству» грибка.
Во-вторых, при нанесении на сельскохозяйственные растения C18-SMe2+ «предупреждает» систему защиты растений, которая подготавливает урожай к последующей атаке, тем самым усиливая арсенал растения против злоумышленника.
Самое главное, исследователи из Эксетера продемонстрировали, что C18-SMe2+ не проявляет токсичности для растений и менее токсичен для водных организмов и клеток человека, чем существующие распыляемые фунгициды, используемые сегодня в полевых условиях.
Профессор Стейнберг сказал: «Это комбинированный подход ученых из Эксетера, предоставляющий навыки в области биологии грибковых клеток (я, доктор Мартин Шустер), патологии грибковых растений (профессор Сара Дж. Гурр), биологии клеток человека (профессор Майкл Шредер) и синтетической химии (д-р Марк Вуд), которые позволили нам разработать и охарактеризовать эту мощную химию.
Университет подал заявку на патент (GB 1904744.8) в знак признания потенциала этой новой химии в нашей постоянной борьбе с грибками.
"Теперь мы ищем партнеров/инвесторов, чтобы внедрить эту разработку в практику и доказать ее полезность в "реальных сельскохозяйственных условиях". Наша долгосрочная цель - способствовать повышению продовольственной безопасности, в частности, в развивающихся странах."
Профессор Стейнберг добавил: «Я всегда хотел применить свои исследования за пределами башни из слоновой кости академических кругов и объединить фундаментальные аспекты моей работы с полезным приложением».
"Дальновидный подход Исследовательского совета по биологическим наукам (BBSRC) предоставил мне эту возможность, за что я очень благодарен. На мой взгляд, этот проект является ярким примером трансляционных исследований, которые приносят пользу обществу."
Профессор Сара Гурр сказала: «Это очень своевременное и важное исследование. Мы все больше осознаем растущее бремя болезней растений, вызванных грибками, и нашу потребность лучше охранять наши калории и товарные культуры».
Задача состоит не только в том, чтобы открыть и описать механизм действия новых противогрибковых препаратов, но и в том, чтобы убедиться, что химические вещества, эффективные против грибков, не наносят вреда растениям, дикой природе или здоровью человека.
"Таким образом, это новое противогрибковое средство является захватывающим открытием, и его полезность может распространяться не только на сельскохозяйственные культуры, но и на область грибковых заболеваний у людей, а также на различные применения в производстве красок и консервантов. Это заслуживает инвестиций!"