Молекулярный иммунитет от микробов

Исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) впервые использовали новый инструмент молекулярной биологии, происходящий из бактериальной системы защиты, для демонстрации инновационного способа защиты растений от вирусных патогенов.

Вирусы — основная причина болезней сельскохозяйственных культур, наносящая огромные финансовые потери ежегодно. Они состоят только из генетического материала (ДНК или РНК), окружённого защитной оболочкой, и используют механизмы клеток хозяина для репликации.

У бактерий система CRISPR/Cas9 обеспечивает иммунитет против ДНК-вирусов, распознавая и разрушая их ДНК. Она также быстро становится эффективным новым инструментом современной молекулярной биологии для индукции мутаций и получения новых признаков в селекции растений.

Команда KAUST под руководством доцента Магди Махфуза ввела компонент Cas9 — фермент, способный разрезать ДНК, — в растения табака. Также учёные сконструировали растения для производства короткой молекулы sgRNA, комплементарной части последовательности ДНК вируса жёлтой курчавости листьев томата (TYLCV). При заражении TYLCV sgRNA направляла фермент Cas9 на атаку вирусной ДНК, предотвращая её репликацию и значительно снижая симптомы болезни.

Защита от TYLCV, серьёзного бича томатных культур, была лишь первым шагом. Затем исследователи создали растения с несколькими идентичными sgRNA. Этот процесс привёл к ещё более сильной устойчивости к TYLCV — эффект, названный "мультиплексированием". Наконец, они вставили новую sgRNA, соответствующую целому семейству вирусов — геминивирусам, обеспечив одновременную защиту от нескольких заболеваний.

Исследование демонстрирует, что эта простая микробная система может обеспечить сельскохозяйственным растениям мощную защиту от множества вторгающихся вирусов. Систему можно даже точно настроить для защиты от новых появляющихся штаммов вирусов, просто изменяя используемую sgRNA.

Махфуз отмечает, что работа также даёт представление о молекулярных механизмах естественной устойчивости растений к вирусам.

Выявление недостающих элементов головоломки «поможет нам создавать растения, устойчивые к вирусам, но свободные от чужеродной ДНК», — сказал он. — «Такие модифицированные растения позволят избежать регуляторных барьеров, связанных с генетической модификацией, и будут более приемлемы для общественности, настроенной против ГМО».

Следующим шагом для команды KAUST станет модификация системы для работы как с РНК-вирусами, так и с ДНК-вирусами. Махфуз уверен, что эта более сложная задача также преодолима: «Это лишь вопрос времени».