Круглые черви, которые питаются растениями, наносят приблизительно 100 миллиардов долларов ежегодного глобального ущерба урожаю. Теперь исследователи из Университета Нью-Гемпшира сделали запатентованное открытие, что некоторые энзимы у круглых червей, называемые нематодами, ведут себя не так, как те же ферменты у людей, причем аминокислоты потенциально играют ключевую роль.

Результаты, представленные в журнале PLOS ONE , важны, потому что они продвигают научные усилия по разработке новых, более экологически чистых пестицидов для управления нематодами и снижения всемирного ущерба сельскохозяйственным культурам, таким как кукуруза, хлопок, пшеница, соя, рис и картофель.

«Нематоды, паразитирующие на растениях, несут ответственность за значительные потери в растениеводстве в Соединенных Штатах и ​​во всем мире», — сказал Рик Кот, профессор молекулярных, клеточных и биомедицинских наук и исследователь из Нью-Хэмпширской сельскохозяйственной экспериментальной станции.

«Современные химические нематициды очень токсичны для человека, поэтому необходимы нематициды« следующего поколения », которые не оказывают неблагоприятного воздействия на работников сельского хозяйства и окружающую среду. Наша работа определила ферменты фосфодиэстеразы как новые мишени для разработки более безопасных и устойчивых нематицидов».

В дополнение к Коте, исследование проводилось Кевином Шустером, докторантом в области биохимии; Мохаммаджавад Мохаммади, докторант в области химического машиностроения; Карин Кэхилл и Сюзанна Мэтт, бывший научный сотрудник; Алексис Майлет, студентка факультета биомедицинских наук ; и Хариш Вашист, доцент химического машиностроения.

В частности, исследователи сосредоточились на ферментах фосфодиэстеразы (PDE). Все животные используют PDE для регуляции многих физиологических процессов, включая моторику, репродукцию и сенсорное восприятие. Ранее Кот и Шустер обнаружили, что воздействие на живые нематоды определенных соединений, называемых ингибиторами ФДЭ, препятствует действию ФДЭ, препятствуя движению нематод и их способности ощущать пищу в окружающей среде. Надежда заключается в том, что применение нематод-специфических ингибиторов ФДЭ на сельскохозяйственных полях может предотвратить заражение корней растений паразитическими нематодами растений.

В этом исследовании исследователи сравнили реакции человеческого PDE, в частности, PDE4, с реакциями нематоды PDE4, когда они применяли один и тот же ингибитор PDE к каждому ферменту . Они обнаружили, что во всех случаях тестируемые ими ингибиторы PDE были менее успешными в подавлении активности фермента нематоды по сравнению с активностью фермента человека.

Это привело Васиша и Мохаммади к изучению на атомном уровне, какие аминокислоты в ферментах PDE4 ответственны за эти фармакологические различия. Они обнаружили, что определенные аминокислоты, а также различия в общей структуре двух ферментов способствуют снижению эффективности ингибиторов PDE для блокирования действия фермента нематод. UNH подала патент на это открытие, которое доступно для лицензирования через UNHInnovation.

«Показав, что нематодные PDE значительно различаются по своей последовательности и структуре, мы предполагаем, что сможем разработать химические нематициды, которые избирательно нацелены на паразитических нематод растений. Нематициды, нацеленные на PDE нематод, будут иметь дополнительное преимущество в том, что они не влияют на сельскохозяйственные культуры, поскольку растения испытывают недостаток в PDE, и быть экологически чистым для животных и людей «, сказал Шустер.

Исследователи расширяют свои исследования влияния применения ингибиторов ФДЭ на живых нематод. «Мы считаем, что некоторые нематодные PDE могут контролировать жизненно важные физиологические процессы, необходимые для поиска пищи или размножения, и что ингибирование нематодных PDE может быть смертельным или вызывать бесплодие. Долгосрочным направлением этого исследования является использование знаний, полученных в этом исследовании, для разработки новых Соединения, которые селективно ингибируют PDE нематод, не влияя на другие PDE животных «, сказал Кот.

Исследование представлено в PLOS ONE в разделе «Фармакологический и молекулярный анализ различий в связывании ингибиторов с PDE4 человека и нематод : последствия для лечения паразитических нематод».