Ученые выяснили, что технология «генетической застежки-молнии», ранее разработанная в лаборатории для борьбы с вредителями, имеет аналог в природе. Как рассказал доктор биологических наук, заведующий кафедрой общей биологии и генетики КФУ, руководитель проекта Владимир Оберемок, растение смолосемянник выделяет на листья короткие последовательности ДНК, которые, подобно зубьям молнии, связываются с жизненно важными молекулами в клетках насекомого и убивают его. Открытие подтверждает, что существующие на сегодняшний день ДНК-инсектициды – не только эффективно работающий, но и естественный и безопасный для природы механизм борьбы с вредителями. Более того, природная «генетическая застежка-молния» может лечь в основу более простых в получении инсектицидов на основе ДНК. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Владимир Оберемок отметил, что традиционно в сельском хозяйстве для защиты растений от вредителей используют химические инсектициды. Эти вещества, хоть и эффективны, загрязняют почвенные и водные экосистемы и, попав в организм человека или животного, могут вызывать отравление. Более того, вредители быстро вырабатывают к ним устойчивость, поэтому ученые ищут альтернативы, например, биологические методы защиты. Один из них – метод «генетической застежки-молнии».
— В рамках этой технологии ученые искусственно создают короткую последовательность ДНК, которая, попадая в клетки организма насекомого посредством прямого контакта, подобно зубцам молнии, прочно соединяетя с рибосомальными РНК – молекулами, без которых невозможен синтез белков. Так как РНК, связанные с искусственными ДНК, больше не могут выполнять свои функции, вредитель гибнет, — пояснил он.
Такой подход уже используется в экспериментальных препаратах для борьбы с клопами, трипсами и клещами. Его преимущество состоит в том, что короткие ДНК специфичны – они убивают только насекомое, на которое их «нацелили» биологи, и оказываются безопасны для любых других организмов.
Ученые из Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского с коллегами впервые обнаружили, что в природе существует механизм, очень похожий на искусственно созданную технологию «генетической застежки-молнии».
Сначала авторы заметили, что на листьях вечнозеленого кустарника смолосемянника обыкновенного (Pittosporum tobira) насекомые-вредители гибнут чаще, чем на других растениях. Поэтому биологи предположили, что растение имеет какой-то природный механизм защиты, и взяли этот вид для исследования.
Выяснилось, что на листьях смолосемянника есть так называемая внеклеточная ДНК – небольшие молекулы генетического материала, которые растение хранит не в ядрах клеток, а выделяет на поверхность. Эти короткие молекулы состоят всего из одной цепи, тогда как обычная ДНК растений представляет собой двойную спираль.
Биологи нанесли раствор с этой природной ДНК на личинок ложнощитовки – опасного вредителя цитрусовых и декоративных растений. Препарат оказался сильным инсектицидом: спустя четыре дня после обработки погибло около 80% насекомых.
После этого авторы изучили механизм такого эффекта.
— Оказалось, что ДНК-инсектицид проникает в клетки вредителя и связывается с рибосомными РНК, что нарушает синтез белков, а также подавляет работу важных для жизнедеятельности ферментов. Таким образом, природные внеклеточные ДНК работают точно по принципу «генетической застежки-молнии», — отметил руководитель проекта.
При этом, по словам Владимира Оберемка, одним из самых неожиданных открытий стало происхождение внеклеточной защитной ДНК.
— Оказалось, что ее последовательности взяты из ДНК хлоропластов – структур, отвечающих за фотосинтез. Можно предположить, что, когда растение «замечает» вредителя, оно «жертвует» хлоропластами, чтобы расщепить их генетический материал на мелкие защитные ДНК и уберечь листья от повреждения, — подытожил учёный.
Юлия КОЗЫРЬ по материалам КФУ им. В.И. Вернадского
