Nova otkrića o hitinazama, enzimima koji se prirodno nalaze u biljkama, mogla bi omogućiti poljoprivrednicima da se brže i efikasnije pozabave gljivičnim infekcijama.
Istraživači iz američke Nacionalne laboratorije za energetiku Ames istraživali su hitinaze iz kukuruza i pirinča kako bi bolje razumeli njihovu ulogu u indikaciji da li je biljka pod stresom i u borbi protiv gljivičnih napada. Njihovi nalazi sugerišu da bi ovi enzimi mogli biti vredan resurs ne samo za praćenje zdravlja useva u celini, već i za optimizaciju biomase za upotrebu u alternativnim izvorima energije.
Dve od najvažnijih poljoprivrednih kultura širom sveta su kukuruz i pirinač. Pored obezbeđivanja hrane, obe imaju važnu energetsku primenu i korišćenjem otpadne biljne materije, ili biomase, od žetve useva. Kukuruz je glavna kultura koja se koristi za proizvodnju biogoriva, dok se pirinčana ljuska koristi za grejanje, struju i biogorivo.
Jedna velika pretnja prinosu useva dolazi od patogena kao što su gljive, bakterije i virusi. Same gljive uzrokuju gubitak prinosa od 35% do 40% u usevima kukuruza i pirinča svake godine.
„Postoji veliko interesovanje za hitinaze u biljnom svetu zbog njihove opšte pojave i njihovog učešća u zaštiti biljaka od gljivičnih napada“, objasnila je Marit Nilsen-Hamilton, naučnica iz laboratorije Ames i vođa istraživačkog tima. „Hitinaze su zaista važne za biljke za zaštitu.“
Veliki deo Nilsen-Hamiltonovog rada fokusiran je prvenstveno na rizosferu, usku zonu tla oko korena biljaka gde se odvija intenzivna mikrobna aktivnost. Koreni u zemljištu oslobađaju mnoge supstance, uključujući šećere i hitinaze, kao i polimere koji sve drže na okupu. Bakterije u zemljištu takođe doprinose ovim izlučevinama, a polimeri koje oslobađaju formiraju veoma tanak film preko korena biljke.
„U rizosferi, biljke luče šećer da privuku bakterije, jer žele da te rizobakterije budu u blizini i da im pomognu. Biljke hrane bakterije, a bakterije hrane i štite biljke“, rekao je Nilsen-Hamilton. „Ipak, postoje te gljivične infekcije i kada su biljke pod stresom to će prouzrokovati da otpuštaju hitinaze.
Njen tim je odabrao specifične hitinaze koje je preporučila njihov saradnički biljni biohemičar Olga Zabotina, koje biljke oslobađaju kao odgovor na napad gljivica. Njihov prvi korak je bio sticanje potpunog razumevanja funkcionalnih i molekularnih karakteristika enzima.
„Vrlo malo je urađeno sa hitinazama uopšte u smislu prečišćavanja i karakterizacije“, objasnio je Nilsen-Hamilton. „Dakle, moj diplomirani student Samjuel Šobade preuzeo je posao da ih karakteriše.
Tim je želeo da zna da li su ove hitinaze dobar pokazatelj stresa biljaka u vezi sa gljivama i da li mogu da ubiju gljive. Otkrili su da je jedna od hitinaza bila efikasna u ubijanju gljivica Aspergillus niger, koje mogu izazvati crnu buđ u raznim poljoprivrednim kulturama.
Pored karakterizacije hitinaza, tim je takođe želeo da zna da li bi neki bili dobri receptori za aptamere. „Aptameri su nukleinske kiseline koje se ponašaju kao antitela, ali vam nije potrebna životinja da biste ih napravili. U stvari, pravite ih u epruveti“, objasnila je Nilsen-Hamilton.
Aptameri se mogu koristiti za otkrivanje hitinaza i potencijalno se mogu koristiti za aktiviranje određenih hitinaza koje se luče kao odgovor na gljivične infekcije. Hitinaza iz pirinča se pokazala kao loša meta za aptamere, jer su i enzim i aptamer protein negativno naelektrisani, pa su se međusobno odbijali. Međutim, ispostavilo se da je kukuruzna hitinaza dobar receptor aptamera.
Ovo istraživanje takođe pomaže Nilsen-Hamiltonovom radu na korišćenju aptamera nukleinske kiseline za rano otkrivanje gljivične bolesti pre nego što bude prekasno za opstanak biljke.
„Naš inženjerski saradnik, Pranav Šrotrija, razvio je način korišćenja aptamera nukleinske kiseline za otkrivanje molekula pomoću onoga što se zove elektrohemijski uređaj. A sonda može biti tako mala da se može spustiti u tlo. To nam daje mogućnost da se otkriju stvari u zemljištu koje stvaraju koreni biljaka, koje stvaraju bakterije itd.“, rekla je ona.
Karakterizacija ovih hitinaza bila je važan doprinos radu njenog tima na otkrivanju ovih proteina koje biljke oslobađaju. Sposobnost da se oni rano otkriju može omogućiti farmerima da rano intervenišu, kada se infekcija može lakše rešiti.
Razumevanje hitinaza takođe može dovesti do ciljanijih tretmana od primene opšteg fungicida ili intervencije kada biljke konačno izgledaju pod stresom. Nalazi bi mogli imati ekonomski uticaj ne samo na tradicionalne poljoprivredne kulture i njihovu otpadnu biomasu za proizvodnju energije, već i na namenske energetske usjeve – one koje se uzgajaju posebno za stvaranje biomase za gorivo.
Ovo istraživanje je dalje razmatrano u „Hitinaze povezane sa korenom biljaka: strukture i funkcije“, koje su napisali Samuel O. Shobade, Olga A. Zabotina i Marit Nilsen-Hamilton, i objavljeno u Frontiers in Plant Science.
