Cercetătorii amplifică imunitatea plantelor pentru a le întări apărarea naturală
O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore a dezvoltat o metodă de a „supraîncărca” răspunsul imunitar natural al plantelor, folosind ingineria sintetică a proteinelor pentru a modifica receptorii imunitari. Experimentele de laborator au fost realizate pe planta-model Arabidopsis thaliana, din aceeași familie Brassicaceae ca legumele consumate frecvent, precum chye sim și kai lan.
Plantele cu un sistem imunitar îmbunătățit au prezentat o creștere bacteriană cu aproximativ 53% mai redusă decât plantele de control, potrivit numărătorilor bacteriene efectuate în testele de infecție cu agenți patogeni. Cercetătorii au constatat că răspunsul imunitar mai puternic nu a afectat creșterea normală a plantelor.
Studiul, publicat în Science Advances, utilizează ingineria sintetică a proteinelor pentru a modifica receptorii imunitari și a întări capacitatea plantelor de a combate microorganismele cauzatoare de boli. Echipa a depus cereri de brevet pentru două tehnologii prin NTUitive, compania de inovare și întreprindere a universității.
Receptori grupați ca niște santinele la post
Rezistența la boli este deosebit de importantă în fermele de interior și verticale, unde un număr mare de culturi similare sunt cultivate aproape unele de altele, iar un agent patogen intrat în fermă s-ar putea răspândi rapid.
Plantele au receptori la suprafața celulelor care funcționează ca santinelele dintr-un turn de observație, detectând semnele unor bacterii potențial dăunătoare. În experimente, cercetătorii au descoperit că gruparea acestor receptori în număr potrivit poate pune planta într-o stare de alertă mai ridicată, permițându-i să recunoască mai eficient un intrus și să declanșeze un răspuns imun mai puternic.
Dar mai mulți nu au însemnat întotdeauna mai bine. Gruparea unui număr prea mare de receptori a produs un răspuns inițial puternic, dar a interferat cu reînnoirea lor normală, slăbind apărarea pe termen lung. Profesorul Miao Yansong, care a condus studiul, a explicat că metoda seamănă cu plasarea mai multor santinele într-un turn: numărul potrivit facilitează depistarea unui intrus și reacția rapidă, dar prea multe pot încurca lucrurile.
Numărul optim de senzori imunitar
Cercetătorii au studiat un receptor imunitar cunoscut sub numele de flagellin sensing 2, sau FLS2, care detectează flagelina, o proteină asociată cu multe bacterii. Folosind imagistica la nivel de moleculă unică și ingineria proteinelor, au testat diferite grupări ale FLS2 și ale receptorilor săi parteneri.
Au descoperit că o aranjare a doi receptori FLS2 și doi receptori parteneri a produs răspunsul optim. Aceasta a întărit semnalizarea imunitară, permițând în același timp receptorilor să fie eliminați și înlocuiți normal după ce și-au îndeplinit rolul. Fără o reproiectare complexă a sistemului de apărare al plantei, această supraveghere inițială îmbunătățită a permis apărărilor imunitare existente să răspundă mai eficient.
De la planta-model la potențiale culturi alimentare
Experimentele au fost realizate pe Arabidopsis thaliana, considerată o plantă-model standard pentru studiul biologiei vegetale, deoarece genetica și procesele sale celulare sunt bine înțelese. Multe descoperiri fundamentale făcute cu ajutorul acestei plante au ajutat oamenii de știință să înceapă să descifreze procese biologice similare la culturile alimentare.
Același principiu de inginerie a receptorilor ar putea fi adaptat pentru legumele cu frunze consumate frecvent, inclusiv varza chinezească, chye sim, kai lan și kale. Totuși, sunt necesare cercetări suplimentare: receptorii imunitari și aranjamentele optime ar trebui identificate, modificate și testate pentru fiecare cultură în parte înainte ca metoda să poată fi folosită comercial.
Cercetătorii se concentrează acum pe legumele cu frunze și pe alte culturi de mare valoare potrivite pentru agricultura de interior. Deși studiul folosește modificarea genetică pentru a introduce aranjamentul îmbunătățit al receptorilor, echipa lucrează și la abordări alternative, precum un aditiv care ar putea fi aplicat direct pe culturile deja crescute pentru a le îmbunătăți răspunsul imunitar.
Profesorul Miao a adăugat că, odată ce se înțelege modul în care acești receptori imunitari pot fi grupați cu precizie pentru a produce un răspuns mai puternic, există mai multe căi de aplicare a acestor cunoștințe, printre care soiuri și semințe îmbunătățite, dar și metode care ar putea fi aplicate direct pe culturile deja în creștere. Echipa urmărește să extindă și să adapteze tehnologia pentru culturile alimentare potrivite agriculturii de interior și să testeze dacă imunitatea îmbunătățită rămâne eficientă împotriva diferiților agenți patogeni în condiții de cultivare la scară mai mare.
