Home » Антитела, полученные из альпаки, могут защитить растения от болезней | Наука

Антитела, полученные из альпаки, могут защитить растения от болезней | Наука

COVID-19 трагически заставил многих людей пройти ускоренный курс по важности антител, белков, нацеленных на патогены, вырабатываемых сложной иммунной системой человека и других животных. Теперь исследователи из британского научно-исследовательского института растений нашли способ наделить растения защитой на основе антител от конкретной угрозы, что потенциально ускоряет создание культур, устойчивых к любому виду появляющихся вирусов, бактерий или грибков.

«Это действительно творческий и смелый подход, — говорит Джефф Дангл, иммунолог растений из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. Роджер Иннес, генетик растений из Университета Индианы в Блумингтоне, добавляет: «Это будет намного быстрее, чем стандартная селекция растений, и, надеюсь, намного эффективнее».

Стратегия состоит в том, чтобы инокулировать альпаку или другого родственника верблюда белком из растительного патогена, очистить необычно маленькие антитела, которые они производят, и сконструировать соответствующий сегмент гена для них в собственный иммунный ген растения. В доказательстве концепции, описанной сегодня в Наукаэтот подход снабдил модельные виды растений иммунитетом против модифицированной версии вируса, поражающего картофель и родственные культуры.

Ежегодно фермеры теряют многие миллиарды долларов из-за болезней растений, а новые патогены создают новые угрозы продовольственной безопасности в развивающихся странах. У растений развилась собственная многокомпонентная иммунная система, запускаемая клеточными рецепторами, которые распознают общие признаки патогенов, такие как бактериальная клеточная стенка, а также внутриклеточные рецепторы для молекул, секретируемых конкретными патогенами. Если растительная клетка обнаружит эти молекулы, она может спровоцировать собственную гибель, чтобы спасти остальную часть растения. Но патогены растений часто эволюционируют и избегают этих рецепторов.

Давняя мечта в области биотехнологии растений — создать дизайнерские гены устойчивости к болезням, которые можно было бы производить так же быстро, как появляются патогены. Один из подходов заключается в редактировании гена растительного иммунного рецептора, изменении формы белка для распознавания конкретной патогенной молекулы. Это требует определенных знаний как о рецепторе, так и о его мишени на патогене.

Read more:  Больше дождя, штормы направляются на северо-восток, поскольку дым от лесных пожаров вернется в США

Вместо этого Софиен Камун, молекулярный биолог из лаборатории Сейнсбери, и его коллеги использовали иммунную систему животных, чтобы помочь модифицировать рецепторы. Во время заражения новым патогеном животные вырабатывают миллиарды слегка различающихся антител, в конечном итоге отбирая и массово производя те, которые лучше всего воздействуют на захватчика.

Верблюды, к которым относятся альпаки, верблюды и ламы, являются рабочими лошадками для разработки антител, потому что их иммунная система создает компактные версии, называемые нанотелами, кодируемые небольшими генами. В качестве доказательства принципа новой стратегии защиты растений группа Камуна обратилась к двум стандартным нанотелам верблюдовых, которые распознают не белки патогенов, а две разные флуоресцентные молекулы, в том числе одну, называемую зеленым флуоресцентным белком (GFP). Команда выбрала эти нанотела для обнаружения тестовых вирусов, в данном случае вируса картофеля, сконструированного для производства флуоресцентных белков.

Йоргос Курелис, постдок в лаборатории Камуна, впервые соединил ген нанотела, нацеленного на GFP, с геном внутриклеточного иммунного рецептора у родственника табака. Никотиана бентамиана. В последующей демонстрации он повторил свой подвиг с геном нанотела, распознающим другой светящийся белок. Потребовалось несколько попыток и доработок, чтобы создать растения, которые не вызывали аутоиммунных реакций из-за модифицированных рецепторов, что привело бы к задержке роста и нарушению плодовитости.

Затем Клеманс Маршаль, также постдоктор в лаборатории Камуна, исследовала, насколько хорошо растения с рецепторами, усиленными нанотелами, обнаруживают измененные вирусы картофеля. Маршал обнаружил, что у растений развился сильный иммунный ответ — участки самоуничтожающихся клеток были видны невооруженным глазом — и почти не было репликации вируса, в то время как листья контрольных растений страдали от инфекции.

Селекционеры часто «встраивают» гены устойчивости в сорта растений, чтобы добавить защиту сразу от нескольких болезней. В эксперименте группы растения с генами обоих типов нанотел были защищены от обоих вирусов. «Самое интересное в этой технологии то, что у нас есть потенциал изготавливать гены устойчивости на заказ и не отставать от патогена», — говорит Камун.

Read more:  Этот окаменелый клочок кожи возрастом 288 миллионов лет является старейшим в мире | Наука

С тех пор группа разработала культуру для производства нанотел, которые обнаруживают настоящие молекулы патогенов, хотя Камун отказывается идентифицировать растение до того, как команда проверит, выдерживает ли оно атаку патогенов. Лаборатория Sainsbury подала патентные заявки на эту стратегию по всему миру, в том числе в Европе, где общественная оппозиция генной инженерии означает, что она вряд ли будет коммерциализирована в ближайшее время. Но Камун говорит, что есть коммерческий интерес извне.

Дэнгл и другие оптимистично настроены в отношении того, что подход с использованием нанотел должен работать на сельскохозяйственных культурах. «Эта технология может изменить правила игры, — говорит он. Ксения Красилева, генетик из Калифорнийского университета в Беркли, говорит, что слияние нанотел с растительными иммунными рецепторами открывает перед учеными-растителями обширный массив биомедицинских знаний. «Теперь мы можем использовать все эти исследования и использовать их для спасения урожая. У нас есть идеальная точка слияния здесь».

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.