Nouă metodă de studiere a proteinelor implicate în sănătatea și bolile plantelor
Cercetătorii au dezvoltat o metodă validată care permite digestia proteinelor în interiorul celulelor intacte ale plantelor, depășind un obstacol de lungă durată în proteomica vegetală. Rezultatele au fost publicate în revista Plant Physiology.
Proteomica – studiul proteinelor care trăiesc și funcționează în interiorul celulelor – a avansat semnificativ în înțelegerea biologiei umane, dar progresul a fost mai lent în cazul plantelor. Acest lucru se datorează faptului că țesuturile vegetale, precum frunzele, polenul sau semințele, au un înveliș exterior dur și un perete celular gros care protejează componentele esențiale din interior, dar creează și o barieră din punct de vedere științific.
Abordarea tradițională presupune mai întâi măcinarea țesutului cu mojarul și pistilul și trecerea acestuia prin mai multe etape de procesare chimică pentru izolarea proteinelor de interes. Procesul poate dura zile, iar materialul valoros se poate pierde pe parcurs.
Noua metodă adoptă o abordare diferită. În loc să extragă mai întâi proteinele, cercetătorii tratează țesutul vegetal intact cu metanol, ceea ce face posibilă studierea proteinelor din interiorul celulelor cu păstrarea informațiilor importante. Metanolul acționează ca un congelator rapid, fixând biologia din interiorul celulei pentru a putea fi studiată. Practic, metanolul sparge celula, dar patologia originală din interior rămâne neschimbată. Din aceste celule sparte, este posibil să se taie, să se elimine și să se cuantifice exact proteinele din interior.
Fixarea cu metanol este comună în patologie și în alte analize imagistice, unde este folosită pentru a menține structura țesutului intactă. Puțini cercetători au folosit-o însă pentru analiza proteomică, deoarece de obicei doresc să descompună celulele și să lucreze direct cu proteinele. Prin contrast, echipa a decis să digere proteinele în timp ce celulele sunt încă intacte. Deoarece metoda dezvoltată este foarte sensibilă și robustă, este posibil să se identifice cu acuratețe un număr mare de proteine în mod consecvent, chiar și dintr-o cantitate limitată de material.
În colaborare cu Jeff Caplan, profesor asociat de științe ale plantelor și solului și director al Centrului de Bio-Imagistică al Institutului de Biotehnologie din Delaware, și cu Deji Adekanye, cercetător postdoctoral în laboratorul Caplan, echipa a aplicat această strategie pentru a investiga frunzele sănătoase de tutun și pe cele infectate cu ciuperci, pentru a înțelege cum răspunde sistemul imunitar al plantei la infecție. Scopul a fost de a înțelege ce transformă o ciupercă într-un agent patogen, având în vedere că ciupercile sunt omniprezente, dar cauzează boli doar la un număr limitat de specii de plante.
Datele au arătat diferențe distincte în proteinele prezente. Analiza echipei de cercetare a relevat că veziculele extracelulare vegetale responsabile de comunicarea celulă-celulă erau îmbogățite cu proteine implicate în funcțiile imunitare, ceea ce sugerează un rol activ de apărare al acestor vezicule. Între timp, datele au arătat că veziculele extracelulare ale agentului patogen fungic erau pline de proteine toxice care se pot atașa de o proteină sau enzimă din interiorul celulei și pot acționa ca un întrerupător, declanșând infecția. Căile pe care plantele le folosesc pentru a răspunde la ciupercile patogene și la cele inofensive au fost, de asemenea, diferite.
Metoda nu se limitează la plante, arătându-și eficacitatea în multe alte sisteme biologice și organisme model, inclusiv viermi Caenorhabditis elegans, embrioni de broască, arici de mare, celule bacteriene, celule de neuroblastom și drojdii. Până în prezent, cadre didactice și studenți din peste 15 laboratoare au folosit această platformă tehnologică pentru a studia o gamă largă de întrebări în biologia dezvoltării, infecție și imunologie, durere nervoasă cronică și altele.
Abilitatea de a detecta proteinele care răspund semnificativ ar putea oferi un biomarker pentru a indica faptul că o plantă are o anumită infecție bacteriană sau fungică, sau ar putea duce la modalități de a livra proteine ca tratament pentru a ajuta celulele să se recupereze după boală. Infecția plantelor este o problemă importantă din punct de vedere economic pentru agricultură, iar prin această metodă nouă de studiere a infecției plantelor se pot identifica proteine relevante din punct de vedere biologic, legate de infecție, care pot îmbunătăți agricultura.
