Использование антибактериальных белков нерастительного происхождения

Антибактериальные белки являются важными компонентами антимикробных защитных механизмов у многих групп животных. Действуя синергически, они оказывают бактерицидное действие на широкий круг грамотрицательных и грамположительных бактерий. Гены, кодирующие антибактериальные белки, отклонированные и экспрессированные в растениях в ходе попыток получить устойчивые к бактериальным болезням трансгены.
Литические пептиды насекомых
Литические пептиды — низкомолекулярные белки, действие которых заключается в формировании пор в бактериальных мембранах. Они включают в себя цекропины (гены которых были выделены из шелкопряда, и их синтетические аналоги Shiva-1 и SB-37, экспрессированные в трансгенных растениях картофеля и табака. Были получены противоречивые результаты относительно приобретения устойчивости. У потомство трансгенных растений табака, экспрессирующее ген Shiva-1, наблюдалась задержка развития симптомов и снижение процента погибших растений после заражения Burkholderia (Pseudomonas) solanacearum (возбудитель бактериального вилта). Устойчивость к В. solanacearum и Pseudomonas syringae pv. tabaci (возбудитель огненного вилта табака) не обнаруживается у трансгенных растений табака, экспрессирующих ген цекропина В, как оказалось, из-за деградации цекропинов растительными протеазами. Устойчивость, однако, возникает в том случае, когда в табаке экспрессируется стабильный аналог цекропина (MB 39), причем устойчивость сохраняется и у потомства трансгенных растений.
Аттацины — другой класс литических пептидов, выделенных из шелкопряда, хотя механизм их действия не полностью изучен. Ген аттацина E был интродуцирован в растения яблони, и несколько трансгенных клонов показали снижение восприимчивости к Erwinia amylovora, возбудителю бактериального ожога. Одна из этих линий показала снижение количества симптомов на 50 % в условиях полевого эксперимента на искусственном инфекционном фоне.
Лизоцимы
Лизоцимы — широко распространенные ферменты со специфической гидролитической активностью, направленной против бактериального пептидогликана клеточных стенок. Три различных лизоцимных гена (яичного белка, бактериофага-Т4 и человеческого лизоцима) экспрессировались в растениях. Бесклеточные экстракты из трансгенных растений табака, продуцирующих лизоцим куриного яичного белка, ингибировали рост некоторых видов бактерий. Эксперименты в теплице и in vitro показали частичную устойчивость к Erwinia carotovora atroseptica трансгенных растений картофеля, продуцирующих лизоцим бактериофага-Т4, и небольшое уменьшение симптомов, вызываемых Р. syringae pv. tabaci, у растений табака, продуцирующих человеческий лизоцим.
Другие антибактериальные пептиды
Лактоферрин — связанный с железом гликопротеин, имеющий антибактериальные свойства. Экспрессия гена человеческого лактоферрина приводила к задержке появления симптомов заражения растений табака R. solanacearum на 5-25 дней. Устойчивость обусловлена расщеплением лактоферрина в растении и образованием короткого пептида с высокой антибактериальной активностью.
Ген, кодирующий литический пептид тахилепсин, выделенный из камчатского краба, также экспрессировался в трансгенном картофеле, приводя к снижению числа пораженных гнилью клубней, вызываемых E. carotovora.
Эффективность этих подходов может быть повышена путем совместной экспрессии нескольких генов литических пептидов, позволяющей получить синергические эффекты. В настоящее время проводится активный поиск антибактериальных белков из разных источников. Обнаружение новых семейств белковых молекул повысит возможности генетической инженерии в деле создания трансгенных растений, устойчивых к бактериальным болезням. Результатом изучения структуры и функций этих белков может быть конструирование синтетических молекул с повышенной экспрессией и стабильностью в растительных тканях.