Токсин возрастом 100 миллионов лет пригодится в дезинсекции и медицине

В обычной почве скрывается токсин возрастом 100 млн лет — он убивает насекомых-вредителей, но безопасен для людей. Это может изменить аграрную и медицинскую науку.

Дмитрий Павлов

Автор Hi-Tech Mail

Колония стрептомицет на агареИсточник: https://commons.wikimedia.org/

Исследователи обнаружили в почве необычный бактериальный токсин, источник которого уходит корнями в прошлое на 100 миллионов лет. Его вырабатывают бактерии рода Streptomyces — одни из самых распространенных микроорганизмов на Земле. Именно они отвечают за характерный «запах дождя» (мокрой земли), который мы чувствуем после осадков.

За привычным ароматом скрывается сложная химическая «лаборатория». Новое исследование показало: некоторые штаммы этих бактерий способны синтезировать особые белки — так называемые реликтовые инсектицидные токсины (Streptomyces antiquus insecticidal proteins, сокращенно SAIPs), которые помогают им атаковать и заживо «переваривать» насекомых.

Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Дрозофила фруктовая (Drosophila melanogaster) — наиболее важный для научных исследований вид дрозофил. Широко используется в научных целях начиная с работ Томаса Ханта Моргана по генетике пола и хромосомной теории наследственности. Важными характеристиками D. melanogaster как модельного объекта является малое число хромосом (2n = 8), наличие политенных хромосом в ряде органов (например, слюнных железах личинки) и большое разнообразие видимых проявлений мутаций. В настоящее время D. melanogaster — один из наиболее изученных видов живых организмов. Её геном полностью отсеквенирован. D. melanogaster используется для исследования взаимодействия генов, генетики развития, оценки негативных эффектов медицинских препаратов и поллютантов.Источник: https://commons.wikimedia.org/

Убийца насекомых, безопасный для человека

Главная особенность обнаруженного токсина — его высокая избирательность. Он воздействует на специфический белок, присутствующий только у насекомых, и не причиняет вреда человеку или другим млекопитающим. Токсины SAIP структурно сходны с дифтерийным токсином DT, однако опыты на клеточных культурах показали, что для человека и в целом млекопитающих они безопасны. Сравнительный инсектицидный эффект SAIP и DT проверялся на традиционных жертвах подобных исследований — фруктовых мушках Drosophila melanogaster, отдавших свои жизни ради науки.

Ученые пришли к выводу, что такие токсины — древний эволюционный инструмент выживания бактерий. С их помощью микроорганизмы защищаются от конкурентов и получают питательные вещества, разрушая тела насекомых.

Инфографика исследования. Сравнение токсинов SAIP с родственным дифтерийным токсином DT. A) филогенетическое древо из 93 консервативных бактериальных генов (GenProp0799). Длины ветвей указывают предполагаемое время расхождения между Kitasatospora и Streptomyces (382 млн лет назад) и разделения между двумя основными кладами Streptomyces (132 млн лет назад), которые представлены в виде треугольников и обозначены как клады I и II. B). Название соответствующего токсина указано в круглых скобках рядом со штаммом. Серая и синяя полоски справа указывают на содержание GC в геноме и на ген, кодирующий токсин, соответственно. Звездочкой отмечен предполагаемый предковый узел для происхождения SAIP. C) график попарных соотношения dN/dS для SAIP и 93 сохраненных основных генов при воздействии токсина на D. melanogaster в разных концентрациях. E) Диаграммы выживаемости насекомых. F) Наложение каталитических доменов SAIP1.1 (розовый) и DT (серый) (PDB 1TOX). G) совместная трансфекция доменов DT-C или SAIP1.1-C, SAIP2.1-C и SAIP3.1-C с GFP блокирует экспрессию GFP в клетках HEK293T дикого типа, но не в клетках DPH1 и HEK293T. Типичные изображения взяты из одного из трех независимых экспериментов. Масштабная линейка 100 мкм.Источник: https://www.nature.com/

От природной войны — к новым технологиям

Открытие может иметь сразу два практических применения. Во-первых, оно открывает путь к созданию более безопасных биопестицидов, которые будут уничтожать вредителей, не затрагивая людей и экосистемы. Во-вторых, такие соединения могут стать основой для разработки новых антибиотиков — особенно актуальных на фоне роста устойчивости бактерий к известным лекарствам.

Интересно, что почвенные микроорганизмы уже давно считаются ценным источником антибиотиков. Исследования показывают, что почва — это сложная «арена» химической борьбы, где бактерии постоянно создают новые молекулы для конкуренции друг с другом.

Почва как скрытая лаборатория планеты

Современные исследования все чаще подчеркивают: почвенные микробы играют ключевую роль в глобальных процессах — от климата до экологии. Они способны разлагать токсичные вещества, участвовать в круговороте углерода и даже влиять на распространение устойчивости к антибиотикам у патогенов человека. Новое открытие подчеркивает: буквально под нашими ногами может находиться огромное количество еще не изученных соединений, способных изменить науку и технологии.

В одном кубическом сантиметре плодородной почвы содержится до 10 миллиардов микроорганизмов. Почва — неисчерпаемый кладезь биотехнологийИсточник: Unsplash

Еще о том, как почвенные микробы тайно управляют будущим Земли, мы разбирались здесь.