Dodano: 28 sierpień 2019r.

Szczepionki dla roślin do ochrony upraw przed patogenami

Naukowcy znaleźli nowy sposób wytwarzania szczepionek dla roślin, które mogłyby ostatecznie chronić uprawy przed patogenami wirusowymi. Wirusy roślinne są zagrożeniem dla bezpieczeństwa żywnościowego, a opracowana metoda dostarcza nowe narzędzie do walki z nimi.

 

W przyszłości szczepienie roślin przeciwko wirusom może być znacznie łatwiejsze. Naukowcy z Martin Luther University Halle-Wittenberg, Leibniz Institute of Plant Biochemistry i National Research Council we Włoszech opracowali nową metodę umożliwiającą szybką identyfikację i produkcję precyzyjnie dopasowanych substancji, które zwalczają różne patogeny.

Wirusy roślinne są ciągle ewoluującym zagrożeniem dla globalnego bezpieczeństwa żywnościowego, a nowa technika może pomóc rolnikom nadążyć za ciągle zmieniającymi się patogenami. Wyniki badań ukazały się na łamach pisma „Nucleic Acids Research”.

 

Nowa metoda opiera się na naturalnej obronie roślin, która jest aktywowana na przykład przez infekcje wirusowe. Podczas ataku komórki rośliny służą wirusowi do namnażania się. Kiedy wirus infekuje komórkę roślinną, uwalnia RNA, które przemieszcza się przez komórkę, pomagając wirusowi w replikacji. Białka obronne w komórce roślinnej rozpoznają te wirusowe RNA, a enzymy, które działają jak małe nożyczki, tną je na części.

Proces ten wytwarza tzw. małe interferujące RNA (siRNA), które rozprzestrzenia się w całej roślinie i może zapoczątkować drugi etap obrony rośliny. Tutaj cząsteczki siRNA łączą się z tzw. kompleksami białkowymi Argonauta i prowadzą je do wirusowych RNA, które następnie mogą zostać rozmontowane i rozbite na nieszkodliwe związki.

- Realizując ten dwustopniowy proces, roślina stara się chronić przed wirusem zarówno w miejscu infekcji, jak i w całej swojej strukturze - powiedział profesor Sven-Erik Behrens z Martin Luther University Halle-Wittenberg.

Proces ten nie jest jednak szczególnie wydajny. Spośród wielu tysięcy różnych siRNA wytwarzanych przez roślinę bardzo niewiele ma odpowiednie właściwości chemiczne do walki z wirusowym RNA. - Kiedy dochodzi do infekcji wirusowej, powstaje wiele różnych cząsteczek siRNA, ale tylko niewielka ich część ma działanie ochronne – wyjaśnił Behrens.

Zespół naukowców odkrył nowy sposób identyfikacji kilku skutecznych antywirusowych cząsteczek siRNA dla różnych wirusów i wykorzystania ich jako szczepionek roślinnych. Badacze opracowali proces przesiewowy oparty na ekstraktach z komórek roślinnych. Aby cząsteczki siRNA mogły działać jak szczepionki, muszą mieć dwie kluczowe właściwości. Z jednej strony muszą silnie wiązać się z kompleksami Argonauta. Z drugiej strony muszą prowadzić te białka do miejsc wirusowego RNA.

Badacze udowodnili skuteczność swojej nowej metody w laboratorium. Dwie grupy rośliny tytoniu zostały zainfekowane wirusem. Przed zarażeniem jedną grupę zaszczepiono wysoce wydajnymi cząsteczkami siRNA, które naukowcy zidentyfikowali za pomocą nowej metody. Druga grupa nie otrzymała żadnej pomocy. Efekty były uderzające: po sześciu tygodniach 90 procent zaszczepionych roślin nie wykazywało żadnych oznak infekcji. W drugiej grupie wszystkie rośliny zostały zabite przez wirusa.

Naukowcy przyznali, że ich metoda jest elastyczna i może odpowiadać na zmiany patogenu. Szczepienie polega na spryskaniu rośliny substancją z siRNA. To o wiele prostsze i szybsze niż inżynieria genetyczna podnosząca odporność na wirusy. Pozwoli to naukowcom i rolnikom nadążyć za szybką ewolucją patogenów wirusowych.

W dalszych badaniach ucznie będą chcieli usprawnić nową technikę. Według Behrensa można sobie wyobrazić spray, który można zastosować chociażby w szklarniach. Być może nowa metoda stanie się alternatywą do stosowanych na szeroką skalę pestycydów.

 

Źródło: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, fot. Uni Halle / Markus Scholz