Ферменты грибов, полученные с помощью микрофлюидики, могут стать новым органическим инструментом в борьбе с губителями урожая

Исследователи из лаборатории микрофлюидики Шиха разработали новый метод извлечения ферментов, разрушающих клеточные стенки вредных микроорганизмов, таких как патогенные грибы и нематоды. По сути, эти ферменты действуют как биологический фунгицид и пестицид. Ученые также создали портативное, доступное и простое в использовании устройство для этого. Работа опубликована в журнале Microsystems & Nanoengineering.

Сложный организм для изучения

Исследователи изучали гриб Clonostachys rosea, известный своей токсичностью для других грибов, бактерий и нематод. Целью было заставить его производить больше защитных для урожая каталитических ферментов, особенно для борьбы с фузариозом. Этот потенциально канцерогенный гриб поражает зерновые культуры (пшеницу, рожь, ячмень) и фрукты (бананы, кабачки, тыквы).

Однако свойства грибов затрудняют их изучение: они быстро растут, образуя гифы, что сложно для работы в нанолитровых каплях, используемых в микрофлюидике. Исследователи создали новый субстрат для роста C. rosea внутри капли.

Это позволило проанализировать отдельную спору на основе тысяч видов ферментов, экспрессируемых ею в процессе твердофазной ферментации. Также было разработано устройство, которое с помощью очень слабой электростатической силы мягко сортирует грибы, производящие полезные ферменты в больших количествах, не разрушая капли.

В результате из десятков тысяч экспрессированных ферментов были идентифицированы несколько десятков наиболее полезных штаммов. Искались штаммы, производящие ферменты, разрушающие клеточные стенки патогенных грибов — полностью органическое средство спасения для множества культур.

«Изучение грибковых организмов очень сложно, — говорит Стив Ших. — Микрофлюидный метод, разработанный Кензой и Чиарой, — настоящий прорыв в этой области, особенно для определения грибковых антагонистов. Возможность культивировать их в формате одиночных клеток позволяет использовать эту технологию для скрининга тысяч грибковых антагонистов, которые затем могут применяться как биоконтрольные агенты против патогенов и болезней растений. Мы видим немедленное применение в сельском хозяйстве, а также будущее использование для изучения грибковых заболеваний, связанных со здоровьем человека».