Открытие в науке о растениях может помочь в лечении аллергий и иммунодефицитов
Исследователи из Texas A&M AgriLife в сотрудничестве с другими учёными определили ранний этап иммунного ответа, который может иметь широкие последствия для здоровья растений, животных и человека.
Эта работа может привести к положительным результатам как в сельском хозяйстве, так и в медицине, открывая новые пути для улучшения иммунных реакций. Например, она создаёт новые идеи для лечения аллергий и иммунодефицитов.
«Мы обнаружили тонко настроенный механизм того, как хозяин распознаёт микробные компоненты и быстро активирует иммунный ответ», — сказал Либо Шан, доктор философии, автор-корреспондент исследования и директор Института геномики и биотехнологии растений Texas A&M AgriLife Research. «Это явление, которое консервативно у растений, людей и животных».
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Nature 14 мая. Соавторами стали Пинг Хэ, профессор кафедры биохимии и биофизики Техасского университета A&M, и коллеги из Гентского университета в Бельгии, Университета Миссури-Колумбия, Университета штата Орегон и Детской исследовательской больницы Св. Иуды в Мемфисе. Исследование поддержали гранты Национальных институтов здравоохранения (NIH), Национального научного фонда и Фонда Роберта А. Уэлча.
Два типа иммунных ответов
Люди постоянно сталкиваются с болезнетворными микробами, но могут противостоять большинству из них. Фактически, мы рождаемся со способностью защищаться от широкого спектра бактерий, вирусов и грибков.
Эта часть нашей иммунной защиты, известная как врождённый иммунитет, существует также у растений и животных. Она включается через несколько минут после того, как наши клетки воспринимают микроб. Через несколько дней наращивается другой уровень защиты — адаптивная иммунная система. Этот уровень защиты встречается у животных и людей.
Врождённая иммунная система может быть неэффективной и неспособной бороться с болезнями, или она может чрезмерно реагировать различными способами, вредными для здоровья.
Поскольку строительные блоки врождённого иммунитета консервативны у разных видов, Шан и её коллеги решили провести исследование на небольшом модельном растении Arabidopsis, которое легко выращивать и генетически модифицировать.
Создание новой парадигмы
Команда провела клеточные, биохимические, генетические и трансгенные эксперименты на Arabidopsis, следуя подсказкам из своей предыдущей работы. Результаты рисуют картину самых первых шагов иммунного ответа Arabidopsis на бактериальную инфекцию.
Представьте солдат, стойко наблюдающих за атакующими со стены замка. Если захватчики атакуют, солдаты берут их в плен и отправляют сообщение королю. Это сообщение является первым ответом на неминуемое вторжение.
Нечто подобное происходит в клетке Arabidopsis, которая подобна замку в этой аналогии. Специализированные белки на клеточной стенке «наблюдают» за признаками вторжения. Когда они обнаруживают часть плавательного механизма бактерии — жгутик, они захватывают его. Чтобы отправить сообщение «королю» или ядру клетки, «солдаты» используют разные подходы. Один из подходов, обнаруженный в недавнем исследовании, заключается в присоединении небольшого белка убиквитина к белку-мессенджеру BIK1.
Когда сигнал передаётся в ядро клетки, сообщение расшифровывается. Подкрепления отправляются к клеточной стенке и за её пределы.
«Этот немедленный ответ позволяет клетке быстро реагировать, мобилизуя реле сигнализации и клеточную энергию, а также осуществляя метаболические изменения», — сказала Шан.
Применение в сельском хозяйстве и медицине
«Наше исследование заполняет критический пробел на раннем этапе передачи сигнала», — сказала Шан. «Таким образом, как с сельскохозяйственной точки зрения, так и с точки зрения здоровья человека, это открытие имеет потенциал для стратегической разработки».
Быстрый сигнал, обнаруженный командой, может помочь контролировать иммунный ответ у людей, сказала Шан. «Наше исследование закладывает основу для скрининга мишеней для лекарств, участвующих в модификации убиквитина», — добавила она.
А в сельском хозяйстве это открытие может помочь в выведении растений с более высокой устойчивостью к широкому спектру инфекций, сказала Шан.
«Это окажет влияние как на сельскохозяйственную практику, так и на здоровье человека, позволяя тонко настраивать иммунитет», — сказала она. «Мы предоставили фундаментальные знания, способствующие общему прогрессу науки».