Как растение привлекает вредоносные бактерии
Обычное растение раскладывает «приветственный коврик» для бактерий, стремящихся его заразить. Учёные определили молекулярный состав этого «коврика».
Исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, выявляет новые цели в битве между микробом и растением, которые можно использовать для защиты растений.
Команда показала, что скромное и хорошо изученное растение Arabidopsis испускает молекулярный сигнал, приглашающий атаку патогена. Это как если бы враждебная армия невзначай проходила мимо замка, а часовой встал и закричал: «Я здесь!» — направляя атакующих на цель, которую они иначе просто проигнорировали бы.
«Эта система сигнализации активирует у бактерий структуру, которая очень похожа на шприц и используется для введения вирулентных белков в цель. Увлекательно узнать, что метаболиты, выделяемые растением-хозяином, могут играть роль в запуске этой системы у бактерий», — сказал Томас Мец, соавтор статьи и химик из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США.
Исследование сосредоточено на бактерии Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, которая может портить томаты, а также Arabidopsis. Бактерии используют молекулярную систему, известную как Система секреции 3-го типа (T3SS), для заражения растений.
Команда Скотта Пека из Университета Миссури обнаружила мутантный тип растения Arabidopsis mkp1, устойчивый к заражению Pseudomonas syringae. Сравнив уровни метаболитов в обычном Arabidopsis и в мутанте mkp1, учёные определили комбинацию соединений, которая сильнее всего провоцирует инфекцию.
Исследователи обнаружили группу из пяти кислот, которые вместе оказывают наибольший эффект на включение бактериальной T3SS: пироглутаминовая, лимонная, шикимовая, 4-гидроксибензойная и аспарагиновая кислоты.
Мутантное растение имеет гораздо более низкий уровень этих продуктов на своей поверхности по сравнению с обычными растениями. Поскольку у устойчивых растений нет высокого уровня этих кислот, это мешает бактериям развернуть свой «шприц» в присутствии растения. Однако при внесении комбинации кислот на mkp1 оно быстро становится мишенью для заражения.
«Наши результаты показывают, что растение также может маскироваться от распознавания патогеном, удаляя сигналы, необходимые патогену для проявления полной вирулентности», — сказал Скотт Пек, ведущий автор статьи.
Хотя исследование Пека было сосредоточено на бактериях, в основном вредящих томатам, результаты могут иметь значение и для медицины. Ту же молекулярную машинерию, что использует Pseudomonas syringae, применяет и ряд микробов, вызывающих заболевания у людей, включая сальмонеллёз, чуму, респираторные болезни и хламидиоз.
В энергетической сфере эти выводы помогут выращивать растения, которые могут служить источником энергии и быть более устойчивыми к инфекциям. Кроме того, лучшее понимание сигналов, используемых микробами, поможет учёным, которые полагаются на такие организмы для преобразования сырья, например, проса прутьевидного или древесной щепы, в пригодное топливо.
Работа открывает путь к новым способам обезвреживания вредных бактерий путём модификации растений, чтобы они не становились уязвимыми.
«Концепция дополнительного уровня взаимодействия между хозяином и микробом предоставляет дополнительную стратегическую возможность для манипулирования устойчивостью. Вместо того чтобы пытаться убить бактерии, устранение сигналов распознавания в растении делает бактерии довольно безобидными, давая естественной иммунной системе больше времени для защиты», — заключил Пек.