Просто, быстро и гибко: в будущем вакцинация растений от вирусов может стать значительно проще. Ученые из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU), Института биохимии растений им. Лейбница (IPB) и Национального исследовательского совета Италии (CNR) разработали для этой цели новый метод. Это позволяет быстро идентифицировать и производить точно подобранные вещества, которые борются с различными патогенами. Исследователи обсуждают свою работу в очередном выпуске журнала «Nucleic Acids Research».
Новый метод основан на программе молекулярной защиты растений, которая срабатывает, например, при вирусных инфекциях. Во время вирусной атаки клетки растения служат хозяином для размножения вируса, что приводит к созданию вирусных молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК). Растения могут обнаружить и разрезать эти молекулы с помощью специальных ферментных ножниц. В этом процессе образуются «малые интерферирующие РНК» (миРНК), которые распространяются по растению и могут инициировать вторую стадию защиты растения. Здесь молекулы siRNA присоединяются к так называемым белковым комплексам Argonaute и приводят их к вирусным РНК, которые затем, в лучшем случае, могут быть демонтированы и расщеплены на безвредные соединения. «Осуществляя этот двухэтапный процесс, растение пытается защитить себя от вируса как в месте заражения, так и во всей своей структуре», - говорит профессор Свен-Эрик Беренс из Института биохимии и биотехнологии MLU.
Этот процесс, однако, не особенно эффективен, как объясняет биохимик: «Когда происходит вирусная инфекция, вырабатывается множество различных молекул siRNA, но очень немногие из них обладают защитным эффектом. Большинство просто насыщают Argonaute. комплексы, делая их неактивными». Команда Беренса открыла новый способ идентификации нескольких эффективных противовирусных молекул siRNA для различных вирусов и использования их в качестве растительных вакцин. Ученые разработали процесс скрининга на основе экстрактов клеток растений, который используется вместо длительных и сложных усилий по разведению. Чтобы считаться потенциальными вакцинами, молекулы siRNA должны обладать двумя ключевыми свойствами: с одной стороны, они должны прочно связываться с комплексами Argonaute. С другой стороны, они должны привести эти белки к участкам вирусных РНК, которые доступны для деградации, опосредованной Argonaute.
Команде ученых уже удалось доказать эффективность своего нового метода в лабораторных условиях. Для этого две группы растений табака N. benthamiana были инфицированы модельным вирусом, поражающим помидоры и табак. Перед заражением одна группа была вакцинирована высокоэффективными молекулами миРНК, которые исследователи идентифицировали с помощью нового метода. Другая группа не получала никакого лечения. Эффект был поразительным: через шесть недель у 90% вакцинированных растений не было никаких признаков инфекции, но все необработанные растения были уничтожены вирусом.
Метод исследовательской группы MLU следует модульному принципу. «Если патоген меняется или растение необходимо защитить от другого вируса, установленный процесс скрининга позволяет очень быстро идентифицировать подходящие молекулы РНК для борьбы с соответствующим патогеном. Это означает, что мы можем быть очень гибкими, когда дело доходит до борьбы с новыми вредителями. - заключает Беренс. На метод подана заявка на патент.
Исследователи надеются продолжить изучение и совершенствование своего метода в будущем. Например, до сих пор неясно, как долго будет действовать прививка у разных видов и можно ли создавать депо лекарств на растениях. Дальнейшие исследования прояснят, как можно производить вакцины в больших количествах и как их можно наносить на растения или поглощать ими. По словам Беренса, спрей, который можно применять в теплицах, вполне возможен: «Например, производителям помидоров приходится бороться с белокрылками, которые могут очень быстро передавать вирусы с одного растения на другое». До сих пор для уничтожения насекомых использовались пестициды. Новая разработка MLU может оказаться более щадящей альтернативой как для насекомых, так и для окружающей среды.