Ученые работают над созданием антибактериальных пестицидов

Болезни растений представляют собой угрозу для продуктивности сельского хозяйства и являются серьезным препятствиям, требующим срочного решения. Без контроля эти болезни могут быстро распространяться, нанося значительный ущерб сельскохозяйственным культурам, приводя к снижению урожайности и большим экономическим потерям.

В связи с этим точная идентификация патогенов, вызывающих эти болезни, имеет решающее значение. Это позволяет принимать целенаправленные меры, которые способны минимизировать риски и эффективно смягчить их последствия для сельского хозяйства.

Бактерии рода Xanthomonas являются известными патогенами растений, которые поражают широкий спектр растений-хозяев, включая такие ключевые культуры, как рис, пшеница и томат. Эти бактерии усиливают свою патогенность за счет использования для подавления важнейших защитных механизмов растений α-1,6-циклизированной β-1,2-глюкогексадекаозы (CβG16α).

Группа ученых из Токийского научного университета идентифицировали гликозид-гидролазу XccOpgD (GH186), обнаруженную у бактерии X. campestris pv. campestris, которая играет ключевую роль в биосинтезе CβG16α.

Для раскрытия каталитического механизма фермента и специфичности субстрата в качестве структурного анализа были использованы передовые методы, такие как рентгеновская кристаллография.

XccOpgD принадлежит к семейству GH186, необходимому для регуляции компонентов клеточной стенки бактерий. В отличие от ранее идентифицированных ферментов GH186, XccOpgD показывает беспрецедентный ферментативный механизм, известный как аномер-инвертирующее трансгликозилирование. Синтезируемые по этому механизму сахарные цепи являются важными структурами, используемыми различными грамотрицательными бактериями в природе для патогенных целей.

Результаты исследования открывают новые возможности для разработки целенаправленных стратегий борьбы с болезнями растений, вызываемыми бактериями рода Xanthomonas. В будущем можно ожидать появления пестицида, нацеленного на этот гомолог фермента. В отличие от пестицидов, которые способствуют появлению в почве устойчивых к препаратам бактерий, таргетирование этого фермента может потенциально подавить патогенность без причинения вреда окружающей среде и появления устойчивых бактерий.

Открытие XccOpgD и его роли в биосинтезе CβG16α — большой прорыв для сельского хозяйства, который поможет повысить устойчивость и продовольственную безопасность, а также смягчить воздействие традиционных пестицидов на окружающую среду.

Изучение биологических особенностей и разработку методов диагностики карантинных и особо опасных бактериальных фитопатогенов проводят в научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР»). Выявление возбудителей бактериозов в посадочном материале и другой подкарантинной продукции аккредитованными лабораториями ФГБУ «ВНИИКР» предотвращает  риск их проникновения в РФ и распространения на ее территории.

Источник: Sei Motouchi et al, Discovery of Anomer-Inverting Transglycosylase: Cyclic Glucohexadecaose-Producing Enzyme from Xanthomonas, a Phytopathogen, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c02579