Растения-фабрики производят половые феромоны для борьбы с вредителями

Исследователи из Института Эрлхэм в Норидже с помощью методов прецизионного генетического инженерии превратили растения табака в работающие на солнечной энергии фабрики по производству половых феромонов моли.

Ключевым достижением стало управление производством этих молекул без ущерба для нормального роста растений.

Феромоны — это сложные химические вещества, которые организм производит и выделяет для коммуникации. Они позволяют особям одного вида посылать сигналы, в том числе о поиске партнера.

Феромонные диспенсеры, развешанные на полях, имитируют сигналы самок насекомых, отлавливая или сбивая с толку самцов. Химический синтез таких молекул часто дорог и создает токсичные побочные продукты.

Доктор Никола Патрон и её группа синтетической биологии используют передовые методы, чтобы заставить растения производить эти ценные природные соединения. Синтетическая биология применяет инженерные принципы к «кирпичикам жизни» — ДНК. Создавая генетические модули с инструкциями по сборке новых молекул, ученые превращают растение, например табак, в фабрику, которой нужны только солнечный свет и вода.

В новой работе команда совместно с учеными из Института молекулярной и клеточной биологии растений в Валенсии модифицировала вид табака Nicotiana benthamiana для производства половых феромонов моли. Ранее это же растение использовали для получения антител к эболе и коронавирусоподобных частиц для вакцин против COVID-19.

Группа создала в лаборатории новые последовательности ДНК, имитирующие гены моли, и добавила молекулярные переключатели для точной регуляции их экспрессии, что позволяет включать и выключать процесс производства.

Важным аспектом исследования стала возможность тонкой настройки производства феромонов, поскольку постоянное принуждение растений к их синтезу имеет недостатки: слишком много энергии отвлекается от нормального роста и развития, что снижает эффективность «производственной линии».

В лаборатории команда тестировала и совершенствовала контроль над генами, ответственными за производство смеси молекул, имитирующих половые феромоны таких видов моли, как мигрирующая совка и розовый хлопковый червь.

Они показали, что сульфат меди можно использовать для точной настройки активности генов, контролируя время и уровень их экспрессии. Это особенно важно, поскольку сульфат меди — дешевое и доступное соединение, уже одобренное для использования в сельском хозяйстве.

Исследователям даже удалось контролировать производство разных компонентов феромона, позволяя корректировать «коктейль» для конкретных видов моли. Это критически важно, поскольку феромоны часто представляют собой смесь двух или трех молекул в определенных пропорциях.

Команда надеется, что их работа проложит путь к регулярному использованию растений для производства широкого спектра ценных природных соединений. Основное преимущество растений — они могут производить сложные молекулы гораздо дешевле, чем химический синтез.

В будущем теплицы, полные растений-фабрик, могут стать более экологичным, дешевым и устойчивым способом производства сложных молекул.

Исследование опубликовано в журнале Plant Biotechnology.