Grupa mikrobiologów z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach i Uniwersytetu Marii Skłodowskiej-Curie w Lublinie, w ramach grantu z NCN, pod lupę wzięła bakterie endofityczne, czyli takie, które kolonizują wnętrze rośliny, nie powodując u nich niekorzystnych objawów.

„Relacja na linii roślina-bakteria ma charakter symbiotyczny, a bakterie mogą przynosić korzyść swojemu gospodarzowi. Wiele badań pokazuje bowiem, że w zamian za substraty odżywcze produkują różnego rodzaju metabolity, dzięki którym roślina lepiej się rozwija lub jest bardziej odporna na abiotyczne i biotyczne czynniki stresowe, takie jak np. patogeny” – powiedziała PAP liderka projektu prof. Zofia Piotrowska-Seget z Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego.

Bakterie endofityczne wytwarzają pęcherzyki zewnątrzbłonowe (OMV – outer membrane vesicles). To mikroskopijne struktury (20-300 nm) o kulistym lub zbliżonym do kulistego kształcie, zbudowane z dwuwarstwy fosfolipidowej, w której zakotwiczone są różne białka błony zewnętrznej oraz cząsteczki lipopolisacharydów. Ich skład jest bardzo różny i zależy od gatunku bakterii oraz wielu czynników środowiskowych; w pęcherzykach wykryto DNA, RNA, białka, peptydy, lipidy i metabolity wtórne. Są produkowane zarówno w optymalnych dla danego gatunku warunkach wzrostu, jak i w warunkach stresowych.

Jak tłumaczyła naukowczyni, OMV można traktować jako „posłańców” bakterii. Pęcherzyki te docierają bowiem do gospodarza, niosąc ze sobą określony ładunek cargo np. substancje stymulujące wzrost rośliny albo zawierający wzorce molekularne, które rozpoznawane są przez roślinne receptory i które uruchamiają mechanizmy prowadzące do wytworzenia odporności roślin na patogeny.

Właśnie ta rola pęcherzyków najbardziej interesuje naukowców zaangażowanych w ten projekt. Ten mechanizm ma bowiem potencjał na wykorzystanie OMV jako platformy do produkcji biologicznych szczepionek dla roślin.

Naukowcy dostrzegli bowiem możliwość stworzenia preparatu na bazie pęcherzyków, który mógłby w biologiczny sposób stymulować roślinę do wzrostu oraz dostarczać narzędzi do efektywnej obrony na przykład przed szkodliwymi drobnoustrojami. Byłby to więc rodzaj szczepionki uodparniającej rośliny i niemającej jednocześnie negatywnego wpływu na otoczenie, jak to ma miejsce w przypadku długotrwałego oddziaływania pestycydów.

„Docelowo chcielibyśmy stymulować bakterie, aby wytwarzały pęcherzyki o takiej zawartości, na jakiej nam zależy. Następnie moglibyśmy wprowadzać je do roślin w postaci szczepionki, aby osiągnąć określony cel, na przykład większą odporność na różne patogeny czy inne czynniki stresogenne” – wyjaśniła prof. Piotrowska-Seget.

OMV mogą mieć zastosowanie nie tylko w biologicznej ochronie roślin. „Interesującym aspektem jest także wykorzystanie OMV do dostarczania roślinom ważnych substancji biologicznie czynnych (hormony, enzymy) oraz wprowadzania do komórek roślin cząsteczek RNAi, które mogą wyciszać określone geny, a przez to zwiększyć tolerancję np. na stres abiotyczny. Trzeba jednak dodać, że opracowanie efektywnych metod uzyskiwania OMV o pożądanych właściwościach i ich wdrożenie do praktyki rolniczej wymagać będzie jeszcze wielu badań. Niezbędne jest dokładne poznanie mechanizmów i czynników determinujących ‘pakowanie’ cargo do OMV oraz molekularnych oddziaływań pomiędzy receptorami na powierzchni komórek roślinnych i błoną pęcherzyka” – powiedziała prof. Zofia Piotrowska-Seget.

Na razie naukowcy skupiają się na badaniach podstawowych, finansowanych przez NCN, których celem jest charakterystyka molekularna pęcherzyków wytwarzanych przez dwa szczepy bakterie endofityczne z rodzaju Rhizobium i Pseudomonas.

Wyniki dotychczasowych badań prowadzonych przez zespół prof. Piotrowskiej-Seget na kukurydzy oraz na modelowej roślinie Arabidopsis potwierdziły możliwość stymulacji wzrostu obu gatunków roślin właśnie za pośrednictwem pęcherzyków wytwarzanych przez bakterie endofityczne.

Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik

akp/ agt/