Растения обнаруживают бактериальный эндотоксин аналогично млекопитающим

Подобно людям и животным, растения обладают врожденной иммунной системой для защиты от патогенов. Распознавание происходит по молекулярным структурам, уникальным для микроорганизмов. Липополисахарид (эндотоксин) — одно из таких веществ, входящее в состав внешней мембраны некоторых бактерий. Ученые из Технического университета Мюнхена (TUM) и Института биохимии растений им. Лейбница (IPB) в Галле впервые описали сенсор эндотоксина у растений.

Растения не беззащитны: их врожденная иммунная система оснащена различными иммуносенсорами. У млекопитающих, например, толл-подобный рецептор 4 (TLR4) распознает липополисахарид. Поскольку растения также реагируют на липополисахарид иммунным ответом, предполагалось, что у них есть аналогичный сенсор, но его природа была неизвестна.

Междисциплинарной команде ученых удалось расшифровать механизм обнаружения бактериального липополисахарида у модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля).

Поиск осложнялся тем, что эндотоксин представляет собой не одно определенное вещество, а сложную смесь схожих молекул, которую невозможно синтезировать для тестов. Поэтому ключевым этапом стал анализ, очистка и химическое разделение компонентов липополисахарида в исследовательском центре в Борстеле, что позволило провести генетические и биохимические тесты на растениях в TUM и IPB.

Белок LORE помогает растениям бороться с бактериями

Эксперименты показали, что функцию сенсора у Arabidopsis выполняет обнаруженный белок LipoOligosaccharide-specific Reduced Elicitation (LORE), который также запускает последующий иммунный ответ. Однако LORE по структуре отличается от сенсоров эндотоксина у животных. Эволюция создала два отдельных примера этого принципа обнаружения независимо у животных и растений.

Команда также выяснила, что, несмотря на разные сенсоры, и животные, и растения распознают один и тот же компонент липополисахарида — липид A. У людей и других млекопитающих липид A может вызывать чрезмерный иммунный ответ с сепсисом и септическим шоком как угрожающими жизни осложнениями.

Интересно, что иммуносенсор LORE есть не у всех растений, а только у крестоцветных. Помимо Arabidopsis, к этому семейству относятся важные сельскохозяйственные культуры: капуста, горчица и рапс.

Ученые также обнаружили, что сенсор сохраняет свою функцию при переносе в другие растения. Следовательно, он может стать инструментом для исследований и создания растений с повышенной устойчивостью к бактериальным патогенам.