Forskere fremskynder indsatsen for at håndtere parasitiske rundorme

Rundorme, der lever af planter, forårsager årlige globale afgrødeskader på cirka 100 milliarder dollars. Nu har forskere ved University of New Hampshire gjort en patentanmeldt opdagelse af, at visse enzymer i rundorm, kaldet nematoder, opfører sig anderledes end de samme enzymer hos mennesker, med aminosyrer, der potentielt spiller en nøglerolle.

Fundene, præsenteret i journalen PLOS ONE , er vigtige, fordi de fremmer videnskabelig indsats for at udvikle nye, mere miljøvenlige pesticider til at håndtere nematoder og reducere verdensomspændende skader på landbrugsafgrøder som majs, bomuld, hvede, sojabønne, ris, og kartoffel.

"Planteparasitære nematoder er ansvarlige for store tab i afgrødeproduktionen i USA og rundt om i verden, "sagde Rick Cote, professor i molekylær, mobil, og biomedicinske videnskaber og forsker med New Hampshire Agricultural Experiment Station.

"Nuværende kemiske nematicider er meget giftige for mennesker, derfor behovet for 'næste generations' nematicider, der mangler negative virkninger på landbrugsarbejdere og miljøet. Vores arbejde identificerede fosfodiesteraseenzymer som nye mål for udvikling af sikrere, mere bæredygtige nematicider. "

Ud over Cote, undersøgelsen blev udført af Kevin Schuster, doktorand i biokemi; Mohammadjavad Mohammadi, doktorand i kemiteknik; Karyn Cahill og Suzanne Matte, tidligere forskningspersonale; Alexis Maillet, bachelorstuderende i biomedicinsk videnskab; og Harish Vashisth, adjunkt i kemiteknik.

Specifikt, forskere fokuserede på phosphodiesterase -enzymer (PDE'er). Alle dyr bruger PDE'er til at regulere mange fysiologiske processer, herunder motilitet, reproduktion, og sanseopfattelse. Tidligere har Cote og Schuster fandt ud af, at eksponering af levende nematoder for visse forbindelser, kaldet PDE -hæmmere, hæmme handlingen af ​​PDE'er, hæmmer nematodebevægelser og dets evne til at fornemme mad i sit miljø. Håbet er, at anvendelse af nematodespecifikke PDE-hæmmere på landbrugsmarker kan forhindre planteparasitiske nematoder i at inficere planterødder.

I dette studie, forskere sammenlignede reaktionerne fra en human PDE - specifikt PDE4 - med reaktionerne fra nematoden PDE4, da de påførte den samme PDE -hæmmer på hvert enzym. De fandt ud af, at i alle tilfælde de PDE -hæmmere, de testede, havde mindre succes med at hindre nematodeenzymaktiviteten sammenlignet med den humane enzymaktivitet.

Dette fik Vashisth og Mohammadi til at studere, på atomniveau, hvilke aminosyrer i PDE4 -enzymerne er ansvarlige for disse farmakologiske forskelle. De opdagede, at visse aminosyrer samt forskelle i den samlede struktur af de to enzymer bidrager til den reducerede effektivitet af PDE -hæmmere til at blokere nematodeenzymvirkningen. UNH har indgivet patent på denne opdagelse, som er tilgængelig for licensering gennem UNHInnovation.

"Ved at have vist, at nematode PDE'er signifikant adskiller sig i deres sekvens og struktur, vi forestiller os at kunne designe kemiske nematicider, der selektivt retter sig mod planteparasitiske nematoder. Nematicider målrettet mod nematode PDE'er ville have den ekstra fordel, at de ikke påvirker afgrøder, da planter mangler PDE'er, og at være miljøvenlig over for dyr og mennesker, "Sagde Schuster.

Forskere udvider deres undersøgelse af virkningerne af at anvende PDE -hæmmere på levende nematoder. "Vi mener, at visse nematoder PDE'er kan kontrollere vitale fysiologiske processer, der er nødvendige for at finde mad eller reproduktion, og at hæmning af nematode PDE'er kan være dødelig eller forårsage sterilitet. Den lange rækkevidde for denne forskning er at bruge den viden, der er opnået fra denne undersøgelse, til at designe nye forbindelser, der selektivt hæmmer nematode PDE'er uden at påvirke andre dyre PDE'er, "Sagde Cote.

Forskningen præsenteres i PLOS ONE i "Farmakologiske og molekylære dynamiske analyser af forskelle i inhibitorbinding til mennesker og nematoder PDE4:Implikationer til håndtering af parasitære nematoder."