Группа ученых из Университета Хиросаки в Японии обнаружила, что короткие синтетические фрагменты ДНК могут как подавлять, так и парадоксально усиливать инфекцию, которую вызывает вироид веретеновидности клубней картофеля (PSTVd) у томатов. Исследование открывает новый подход к борьбе с классом патогенов, против которых пока не существует эффективных средств.
Вироиды – это минималистичные инфекционные агенты, состоящие только из одной кольцевой молекулы РНК. В отличие от вирусов, у них нет белковой оболочки, что делает неэффективными стандартные методы защиты растений. Эти патогены наносят серьезный ущерб сельскому хозяйству, поражая картофель, томаты, цитрусовые и другие коммерчески важные культуры по всему миру.
Японские исследователи с помощью метода лабораторной эволюции SELEX создали библиотеку коротких ДНК-последовательностей (аптамеров) и отобрали те, которые способны прочно связываться с РНК вироида. Затем четыре наиболее перспективных аптамера проверили на живых растениях томата, нанося их на листья вместе с инфекционным материалом.
Результаты эксперимента оказались неоднозначными. Некоторые ДНК-аптамеры действовали как молекулярные щиты и значительно снижали частоту заражения растений. Другие же, напротив, способствовали развитию болезни, облегчая вироиду проникновение в ткани и размножение.
Ученые предполагают, что такой разный эффект зависит от конкретного участка, к которому присоединяется аптамер на сложной пространственной структуре РНК вироида. Компьютерное моделирование показало, что блокирование функционально важных для жизненного цикла патогена зон подавляет инфекцию. Связывание же с другими участками может стабилизировать структуру вироида в конфигурации, которая, наоборот, помогает ему заражать растение.
Это открытие имеет двойное значение. С одной стороны, ДНК-аптамеры, подавляющие инфекцию, могут стать основой для принципиально новых препаратов для защиты растений. Их можно будет наносить на растения извне или встроить в геном для создания устойчивых сортов. С другой стороны, существование аптамеров, усиливающих болезнь, подчеркивает необходимость тщательного скрининга любых подобных агентов перед их применением. В то же время такие «вредные» молекулы служат ценным исследовательским инструментом, который помогает точно картировать уязвимые места вироидов.