Ny indsigt i plantemikrobiomets molekylære våben

Som alle organismer, planter er forbundet med bakteriesamfund, hvor hjælpsomme og skadelige bakterier konkurrerer om dominans. Blandt disse stridende bakteriers våben er molekylære sprøjter, som nogle bakterier kan bruge til at sprøjte toksiner ind i andre. I en undersøgelse offentliggjort i 2. februar-udgaven af Journal of Biological Chemistry , forskere ved McMaster University i Canada udpegede identiteten af ​​et sådant toksin, der bruges af en jordlevende bakterie, der beskytter planter mod sygdom.

Bakterien Pseudomonas protegens kan dræbe jordlevende plantepatogener, herunder svampe og bakterier, der angriber rødderne af vigtige afgrøder som bomuld. Pseudomonas protegens frigiver forskellige antimikrobielle forbindelser i jorden, men John Whitney var specifikt nysgerrig efter de forbindelser, som den injicerede direkte i andre bakterier gennem type VI-sekretionssystemet, eller T6SS.

"[T6SS] er denne molekylære nanomaskine, der injicerer giftigt protein i andre bakteriearter og dræber dem, " sagde Whitney. "Plantebeskyttende bakterier, der har [T6SS] kan beskytte planter mod patogener bedre i forhold til [bakterier], der ikke har det."

Jenny Tang og Nathan Bullen, bachelorstuderende fra University of Waterloo, der arbejder med Whitney på en co-op-arbejds-studieopgave, stod i spidsen for opdagelsen af, at det giftige protein, som P. protegens bruger mod andre bakterier, virker på et molekyle, der findes i næsten alle levende celler:nikotinamid adenindinukleotid, eller NAD+.

NAD+ er en kofaktor, eller "hjælper" molekyle, i mange biokemiske reaktioner. Ved at injicere et protein, der ødelægger NAD+, P. protegens er i stand til at dræbe andre bakterier.

Holdet undersøgte derefter genomsekvenserne for mange andre bakterier for at se, hvor udbredt strategien med at målrette mod NAD+ er i mikrobiel krigsførelse. De fandt ud af, at mange bakterier med sekretionssystemer bærer gener, der ligner den, der koder for det NAD-målrettede toksin.

"Vi begyndte at se, at dette ikke kun er en måde at dræbe på, som er udløst af plantebeskyttende bakterier, " sagde Whitney. "Hvis du ser på fordelingen af ​​dette (protein) blandt alle sekventerede bakterier, det ser ud til, at mange forskellige bakterier i mange forskellige miljønischer bruger denne virkningsmåde til at udkonkurrere andre bakterier. "

Overfloden af ​​disse toksiner i naturen rejser mange spørgsmål:Hvordan udvikler forskellige bakterier i forskellige miljøer sig til at modstå dette toksin? Er NAD-målrettede toksiner mere effektive mod nogle bakteriearter end andre? At forstå mangfoldigheden af ​​bakterielle våben er et aktivt studieområde blandt landbrugsforskere, der gerne vil udvikle bedre måder at bekæmpe plantesygdomme på.

"Identifikationen og karakteriseringen af ​​antibakterielle toksiner produceret af plantebeskyttende bakterier kan en dag give os mulighed for at konstruere disse bakterier til at have forbedret evne til at undertrykke patogener, " sagde Whitney.