Биохакинг против грибковых атак — защита растений
Вредоносные грибы наносят огромный ущерб сельскому хозяйству. Традиционные методы борьбы с ними предполагают использование ядовитых фунгицидов. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT), работающие с партнерами из Германии, Франции и Швейцарии над проектом DialogProTec, разработали экологически безопасные альтернативы, которые обманывают химическую связь патогенов с растениями. Теперь, когда исследования завершены, новая технология готова к использованию.
Сначала буреют листья, затем гибнет вся виноградная лоза. Грибковая инфекция, называемая эска, представляет угрозу для виноделия в Европе и каждый год наносит многомиллионный ущерб виноделам.
«Эта болезнь была известна в Южной Европе со времен Средневековья, но она никогда не играла большой роли», — говорит доктор Александра Вольф из Ботанического института KIT, который координирует проект DialogProTec. «Но из-за изменения климата грибок теперь встречается у многих растений, ослабленными климатическим стрессом».
Обычная защита растений обычно включает использование ядовитых фунгицидов для борьбы с грибковыми заболеваниями, такими как эска. В DialogProTec исследователи разработали совершенно новый подход, который работает без каких-либо вредных для окружающей среды токсинов.
«В природе организмы взаимодействуют с помощью химических сигналов. Мы смогли идентифицировать некоторые сигналы между хозяином и патогеном и манипулировать ими», — говорит Вольф, добавляя, что этот «биохакинг» является точным и эффективным и имеет минимальный экологический след.
Для разработки новых методов в рамках проекта под руководством KIT была создана междисциплинарная исследовательская сеть, в которую вошли специалисты по ботанике, генетике грибов, микросистемным технологиям, органической химии и сельскохозяйственным наукам. В сети использовалось около 20 000 штаммов грибов из коллекции Института биотехнологии и исследования лекарств (IBFW) в Кайзерслаутерне и около 6 000 видов растений из KIT.
Отслеживание сигнальных веществ с помощью высоких технологий
Исследователям не нужно было работать с целыми растениями и грибами, чтобы идентифицировать и использовать правильные сигналы. Вместо этого они работали с отдельными ячейками. Микрофлюидный чип, разработанный совместно с Институтом технологии микроструктур KIT, послужил основой для миниатюрной экосистемы.
«Мы поместили клетки растений и грибов на чипы размером в несколько квадратных сантиметров, чтобы они не могли вступать в физический контакт, но могли взаимодействовать химически посредством микрожидкостного тока», — говорит Кристиан Мецгер из Ботанического института. «Чтобы сделать это взаимодействие видимым, мы снабдили генетический материал в растительных клетках генным переключателем и геном флуоресценции. Всякий раз, когда химический сигнал активирует иммунную систему, мы можем измерить зеленую флуоресценцию».
Переключатели генов взяты из диких виноградных лоз, у которых исследователи ранее обнаружили особенно активный иммунный ответ.
Вакцинация растений готова к испытаниям
Во время своих исследований ученые впервые расшифровали химическую связь между грибком и растением, которая сопровождает грибковую атаку. Одной из вещей, которые они определили, были сигнальные вещества, которые гриб использует для подавления иммунного ответа растения.
«Они являются частью химического взаимодействия, сформированного в результате длительного эволюционного процесса, и производятся, как только грибок обнаруживает определенные сигналы стресса от растения», — объясняет профессор Питер Ник, который возглавляет проект и Ботанический институт. Затем команда определила молекулы, которые можно использовать для реактивации иммунного ответа. «Когда мы используем их для защиты растений, растения могут сами отразить грибок. Вы можете думать об этом как о прививке», — говорит Ник.
Инновационная технология DialogProTec уже находится на пути практического применения и вскоре будет испытана в полевых условиях. Помимо работы над альтернативой фунгицидам, команда проекта также разработала новые подходы к стимулированию роста растений или борьбе с сорняками, где в будущем ядовитые гербициды могут заменить сигнальные вещества.
Источник: Технологического института Карлсруэ
