Ученые НИЦ «Курчатовский институт» расшифровали геном бактериофага P421, что позволило специалистам понять свойства и историю происхождения этого микроорганизма.
Бактериофаги — это вирусы, которые заражают и уничтожают клетки бактерий, поэтому их можно использовать для борьбы с болезнями, вызываемыми микробами. Исследование, о котором идет речь, было направлено на поиск вирусов, способных противодействовать бактериями рода Pseudomonas. Это один из самых распространенных возбудителей инфекции у растений сои. Из-за болезни, вызванной Pseudomonas, может погибать до 40% урожая ценной сельскохозяйственной культуры. Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» выполнили работу совместно с коллегами из Института биоорганической химии и Тимирязевской академии.
— Мы прочитали последовательность геномов этих бактериофагов, которые могут помогать сельскому хозяйству тем, что борются с патогенами сои. Их секвенирование позволяет понять расположение организма на древе жизни, что дает возможность предсказывать его свойства, а также имеет фундаментальное значение для науки, — пояснил начальник лаборатории геномики прокариот в Курчатовском геномном центре Степан Тощаков.
Применение фагов обладает рядом преимуществ по сравнению с антибиотиками, так как у микробов развивается резистентность к химикатам, и это снижает эффективность препаратов. Кроме того,антибиотики копятся в почве, повышая сопротивляемость к ним всех микроорганизмов, которые там обитают. А бактериофаги просто разлагаются, если не находят себе подходящей цели. К тому же антибиотики уничтожают как вредные, так и полезные микроорганизмы, а бактериальные вирусы действуют только на возбудителя инфекции.
— Наша лаборатория давно занимается этой тематикой. Это перспективное направление в биологической защите растений. Есть бактерии, которые поражают растения. И у них есть собственные вирусы, которые, если правильно их использовать, могут сильно помочь в борьбе с возбудителями инфекций, — отметил главный научный сотрудник лаборатории молекулярной биоинженерии Института биоорганической химии Константин Мирошников.
Исторически большую часть сои выращивали на Дальнем Востоке, однако из-за ее востребованности на рынке этой культурой стали засевать всё большие площади в европейской части России. До последнего времени оставалось неизвестным, вызвано ее поражение одним или разными патогенами и зависит ли это от региона. Авторы исследования выяснили, что за заражение бактериальным ожогом, который проявляется в виде беловатых и желтоватых пятен на листьях и стебле, по всей стране отвечает одна и та же бактерия рода Pseudomonas. Так как этот возбудитель не мог самостоятельно преодолеть огромное расстояние, разделяющее посевные площади в восточной и европейской частях России, то, скорее всего, он был завезен вместе с семенным материалом, заключили исследователи.
Заражение через семена называют латентным. На них всегда остается какое-то количество патогена, но это слабо влияет на развитие самого растения. Однако при благоприятных условиях, то есть в отсутствие конкурентов и при подходящей температуре и влажности, микробы начинают активно размножаться и побег не может справиться с ними самостоятельно, поэтому крайне важно снизить число опасных бактерий.
Для этого ученые выделили из почвы, где росла зараженная соя, бактериофаги, поражающие микробов, и изучили их свойства.
Оказалось, что бактериальные вирусы активны при температуре от 4 до 40 С0, однако неустойчивы к ультрафиолету, поэтому использовать их предпочтительно в темное время суток. Взаимодействуя с Pseudomonas, бактериофаги уничтожают большую часть возбудителей инфекции — этого достаточно, чтобы не допустить болезни. При этом они не убивают всё бактериальное сообщество полностью.
Защитный эффект изученных вирусов для сои ученые подтвердили на примере растений, выращенных в теплицах. Специалисты испытали два способа применения бактериофагов: обработка семян перед посадкой и опрыскивание растений при появлении симптомов. Первый метод оказался более эффективным. Это объясняется тем, что к моменту, когда у сои появляются признаки бактериального ожога, Pseudomonas успевают проникнуть глубоко в сосуды растения, где бактериофагам сложно их достать. По словам авторов работы, полученных ими данных достаточно, чтобы начать применять изученный вид бактериофагов в сельскохозяйственной практике.
Сейчас, по данным отечественных исследователей, поражение всходов сои бактериозами в целом на юге и Дальнем Востоке РФ колеблется от 5 до 71%, уточнил профессор аграрно-технологического института РУДН Александр Игнатов.
— Бактериальный ожог проявляется обычно в мае-июне при влажной погоде с перепадами температуры, — рассказал он «Известиям». — Заражение бактериями семян, которое вызывает на следующий год болезни и гибель всходов, представляет собой особую опасность. Именно семенная инфекция может нанести ощутимый экономический ущерб, потому что применяемые сегодня для обработки семян химические препараты — фунгициды — не имеют антибактериального действия.
Опыты, проведенные на других культурах, показывают, что правильно подобранные фаги обеспечивают большую прибавку урожая, чем другие биологические средства защиты растений, заключил специалист.