Аскариды, которые питаются растениями, ежегодно наносят глобальный ущерб урожаю примерно на 100 миллиардов долларов. Теперь исследователи из Университета Нью-Гэмпшира сделали запатентованное открытие, что определенные ферменты круглых червей, называемые нематодами, ведут себя иначе, чем те же ферменты у людей, причем аминокислоты потенциально играют ключевую роль.
Выводы, представленные в журнале PLOS ONE, важны, потому что они продвигают научные усилия по разработке новых, более экологически чистых пестицидов для борьбы с нематодами и уменьшения ущерба, наносимого во всем мире сельскохозяйственным культурам, таким как кукуруза, хлопок, пшеница, соя, рис и картофель.
«Нематоды, паразитирующие на растениях, несут ответственность за большие потери в растениеводстве в Соединенных Штатах и во всем мире», - сказал Рик Кот, профессор молекулярных, клеточных и биомедицинских наук и исследователь из Нью-Гэмпширской сельскохозяйственной экспериментальной станции.
"Существующие химические нематициды очень токсичны для человека, отсюда и потребность в нематицидах "следующего поколения", не оказывающих вредного воздействия на сельскохозяйственных рабочих и окружающую среду. В нашей работе ферменты фосфодиэстеразы были определены как новые мишени для разработки более безопасных и более устойчивые нематоциды."
Помимо Кота, исследования проводил Кевин Шустер, докторант биохимии; Мохаммадджавад Мохаммади, докторант химического машиностроения; Карин Кэхилл и Сюзанна Матте, бывшие научные сотрудники; Алексис Майет, студентка бакалавриата биомедицинских наук; и Хариш Вашист, доцент кафедры химического машиностроения.
В частности, исследователи сосредоточились на ферментах фосфодиэстеразы (ФДЭ). Все животные используют ФДЭ для регуляции многих физиологических процессов, включая подвижность, размножение и сенсорное восприятие. Ранее Кот и Шустер обнаружили, что воздействие на живых нематод определенных соединений, называемых ингибиторами ФДЭ, препятствует действию ФДЭ, препятствуя движению нематод и их способности ощущать пищу в окружающей среде. Есть надежда, что применение специфичных для нематод ингибиторов PDE на сельскохозяйственных полях может предотвратить заражение корней растений нематодами, паразитирующими на растениях.
В этом исследовании исследователи сравнили реакции ФДЭ человека, особенно ФДЭ4, с реакциями ФДЭ4 нематоды, когда они применяли один и тот же ингибитор ФДЭ к каждому ферменту. Они обнаружили, что во всех случаях испытанные ими ингибиторы ФДЭ были менее успешны в снижении активности ферментов нематод по сравнению с активностью ферментов человека.
Это побудило Васистха и Мохаммади изучить на атомном уровне, какие аминокислоты в ферментах ФДЭ4 ответственны за эти фармакологические различия. Они обнаружили, что определенные аминокислоты, а также различия в общей структуре двух ферментов способствуют снижению эффективности ингибиторов ФДЭ для блокирования действия ферментов нематод. UNH подала заявку на патент на это открытие, которое можно лицензировать через UNHInnovation.
Показав, что ФДЭ нематод значительно различаются по своей последовательности и структуре, мы предполагаем, что сможем разработать химические нематициды, которые избирательно воздействуют на нематод, паразитирующих на растениях. поскольку в растениях отсутствуют ФДЭ, и они экологически безопасны для животных и человека», - сказал Шустер.
Исследователи расширяют свои исследования эффектов применения ингибиторов ФДЭ к живым нематодам. «Мы считаем, что определенные ФДЭ нематод могут контролировать жизненно важные физиологические процессы, необходимые для поиска пищи или размножения, и что ингибирование ФДЭ нематод может быть смертельным или вызывать бесплодие. Долгосрочное направление этого исследования - использовать знания, полученные в ходе этого исследования, для разработки новых соединений, которые избирательно ингибируют ФДЭ нематод, не влияя на ФДЭ других животных», - сказал Коут.