Российские ученые обратили против микробов новый пептид

МОСКВА, 23 янв – РИА Новости. Сотрудники Тюменского государственного университета (участник проекта "5-100") совместно с "ГосНИИ особо чистых биопрепаратов ФМБА России" и коммерческим партнером из Санкт-Петербурга исследовали воздействие нового синтетического пептида на бактериальные клетки, подтвердив его малую токсичность и сильные антимикробные свойства. Результаты исследования опубликованы в журнале "Journal of Peptide Science".

Ученые во всем мире давно оценили преимущество антимикробных пептидов перед другими антибиотиками. Антимикробные пептиды оказывают нужное воздействие в чрезвычайно низких концентрациях, "работают" c широким спектром микробов и при этом обладают малой (по сравнению с классическими антибиотиками) токсичностью для многоклеточных организмов. 

Пептиды – это короткие последовательности аминокислот. При определенных условиях (если в такой молекуле гидрофобные и гидрофильные остатки аминокислот дистанцированы, а в водном растворе пептид заряжен положительно) – эти вещества становятся губительными для большинства бактерий.

Ученые Тюменского государственного университета решили задействовать модифицированный антибактериальный пептид для защиты растений. 

"Фитопатогены ("вредители растений") приобретают устойчивость ко многим известным пестицидам, которые когда-то удерживали их под контролем, – поясняет один из авторов работы, научный сотрудник Института экологической и сельскохозяйственной биологии "X-BIO" ТюмГУ Алексей Васильченко. – Это серьезный вызов для современного сельского хозяйства. Кроме того, тревожит и потенциальная опасность агрохимикатов для здоровья человека и окружающей среды. Одно из решений в борьбе с фитопатогенами сокрыто в самих живых организмах: эволюция привнесла в последние стратегию защиты от микроорганизмов, основанную на различных молекулах с антимикробной активностью, – в частности, пептидах". 

Существует две стратегии использования подобных веществ в защите растений от фитопатогенов. Одна из них – получение трансгенных сортов, способных к самостоятельной продукции антимикробных пептидов.

Например, трансгенные сорта риса, кукурузы, хлопка, картофеля, синтезирующие антимикробные пептиды, уже сейчас успешно используются в сельском хозяйстве. 

Другой подход в защите растений – использование биопестицидов: препаратов, содержащих антимикробные пептиды, которые распыляют непосредственно на растения.

Ученые из Санкт-Петербурга взяли природную молекулу индолицидина, первоначально выделенную из нейтрофилов крупного рогатого скота (нейтрофилы – клетки крови, ответственные за убийство "чужаков"), и заменили в ней аминокислоту L-триптофан на D-фенилаланин.

Такая замена значительно снизила токсичность пептида и одновременно повысила его устойчивость к разрушающим ферментам. Присоединение остатка жирной кислоты к пептидной молекуле, в свою очередь, усилило антимикробные свойства последней. Модификацию назвали антимикробным пептидом In-58.

"Несмотря на все достоинства антимикробных пептидов, их до сих пор крайне редко использовали в практической сфере жизни человека (от медицины до сельского хозяйства). Во-первых, высокая концентрация оказывает токсический эффект на растительные и животные клетки. Вдобавок к тому, пептиды нестабильны в окружающей среде, наполненной протеазами (ферментами, расщепляющими пептидную молекулу). Однако, современная биоинформатика позволяет провести рациональный дизайн новой структуры и ликвидировать недостатки оригинальной молекулы. Например, замена природных L-форм аминокислот в пептиде на D-формы снижает цитотоксичность и одновременно увеличивает устойчивость молекулы к протеазам", – рассказывает Алексей Васильченко.

Первый шаг в реализации использования антимикробных пептидов в практическом качестве – проведение экспериментов, где потенциальный биопестицид всесторонне исследуют в лабораторных условиях. На данном этапе ученые изучают механизмы антимикробного действия, оценивают устойчивость фитопатогена к воздействию и стабильность препарата в условиях, имитирующих полевые. Впереди еще два важных шага: лабораторные исследования на растениях и реальные полевые испытания.