Антимикробные пептиды можно производить из сельскохозяйственных отходов, при этом они эффективны против патогенов, но безопасны для ризобактерий
Группа ученых Таиланда (Факультет сельскохозяйственных технологий Технологического института короля Монгкута и Национального центра генной инженерии и биотехнологии, Национальное агентство развития науки и технологий) призывают обратить внимание на технологию производства малых антимикробных пептидов для защиты культур от болезней.
В своей работе, опубликованной в журнале Agronomy 2022 на портале MDPI, авторы пишут следующее.
«Болезни растений по-прежнему представляют значительную угрозу продовольственной безопасности. Хотя достижения в области науки и привели к значительному снижению частоты и серьезности вспышек, 20-30% фактического производства ежегодно теряется из-за заболеваний культур. Бактериальные заболевания растений менее распространены, чем грибные или вирусные, тем не менее, также наносят огромный экономический ущерб.
В настоящее время борьба с бактериальными болезнями растений основывается на химических агентах, постоянно критикуемых и все чаще попадающих под запреты регулирующих органов. Кроме того, антибиотики, такие как стрептомицин и окситетрациклин, применяются для лечения бактериальных болезней растений, но эта практика позволяет развить устойчивость к антибиотикам. Как только в популяции патогенов растений обнаруживается устойчивость к антибиотикам, она быстро становится широко распространенной.
В конечном счете, для достижения устойчивого контроля над патогенами растений необходимо разработать эффективные и экологичные альтернативы для борьбы с устойчивыми патогенами. Например, несъедобные материалы, такие как сельскохозяйственные отходы, могут служить источниками антимикробных пептидов (АМП), эффективных против бактериальных патогенов растений.
Антимикробные пептиды являются естественными защитниками от захватчиков патогенов и функционируют в системах врожденного иммунитета. Более 1500 АМП обнаружены у многих живых существ, как у эукариот, так и у прокариот.
Обычно АМП проявляют широкую активность против многих типов организмов, а именно грибов, бактерий, паразитов и вирусов; следовательно, они классифицируются как противогрибные, антибактериальные, противопаразитарные и противовирусные.
Антибактериальная активность пептидов обусловлена амфифильным составом и высокой степенью положительного заряда в их структуре. Это качество способствует прикреплению и внедрению пептида в мембрану бактериальной клетки для создания поры, тем самым вызывая разрушение мембраны и лизис клетки.
Сообщалось о ряде семейств AMP в растениях, таких как дефензины, тионины, снакины, белки-переносчики липидов, циклотиды и гевеиноподобные белки. Структура и активность некоторых АМП растений зарегистрированы в базе данных PhytAMP.
В целом, пептиды в PhytAMP чаще всего проявляют противогрибную активность (51%), за которой следуют антибактериальная (33%) и противовирусная (10%).
Размер пептида – важный фактор, определяющий эффективность сельскохозяйственных антибактериальных средств.
Небольшие синтетические антимикробные пептиды (ssAMP), обычно менее десяти аминокислот, могут стать приемлемой альтернативой, поскольку стоимость их синтеза значительно ниже, чем стоимость производства длинных пептидов.
Важно отметить, что последовательности ssAMP можно быстро выбрать с помощью скрининга с использованием протеомных методов, сохраняя при этом большинство функциональных аспектов нативных AMP.
В этом исследовании было собрано тринадцать сельскохозяйственных образцов отходов, включая рисовую солому, початки, листья и шелуху кукурузы, листья сахарного тростника и багассу, соевый жмых, оболочка семян арахиса, рыбные отходы. Их белковые гидролизаты были получены с использованием пепсина.
Пептиды размером менее 3 кДа очищали с помощью обращенно-фазовой хроматографии, катионообменной хроматографии и фракционирования на основе pI и тестировали на активность против фитопатогенных бактерий на каждом этапе. Затем активные пептиды анализировали на предполагаемые механизмы действия.
В конечном итоге восемь пептидов-кандидатов, происходящих из багассы, были отобраны и химически синтезированы для сравнительного изучения ингибирования роста патогенных для растений бактерий и ризобактерий, стимулирующих рост растений (PGPR).
Три синтезированных пептида проявляли мощную активность против фитопатогенных бактерий, а также поддерживали рост PGPR - ризобактерий, стимуляторов роста и важных участников биологического контроля.
Протеомный анализ показал, что пептиды PQLAVF (Pro-Gln-Leu-Ala-Val-Phe) и MDRFL (Met-Asp-Arg-Phe-Leu) действуют против бактерии, поражающей листья злаков, Xanthomonas oryzae pv. oryzae через мембраноактивные механизмы, в то время как пептид VQLMNSL (Val-Gln-Leu-Met-Asn-Ser-Leu) действовал против Pectobacterium carotovorum (вызывает бактериальные гнили, в том числе, у овощных культур некроз сосудов свеклы и черную ножку картофеля) и Agrobacterium rhizogenes (вызывает «волосистые» корни) через внутриклеточно-активные механизмы.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы настроить пептиды путем замены аминокислот не только для более высокой эффективной активности против этих и других критических патогенов, но и для более высокой стабильности пептидов при использовании в промышленных процессах в будущем».
По статье группы авторов (Титипорн Дицаванон, Ситтирук Ройтракул, Нарумон Фаонакроп, Саванья Чароэнлаппанит, Сириван Тайсакун, Нонглак Паринтавонг), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Фото: Дмитрий Лукьянов.
Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в Я.ДЗЕН | Pulse.Mail.ru | Я.Новости.
