24 марта 2026
Ученые использовали белки расщепленных интеинов для создания светящегося биосенсора малых молекул в растениях.
Новый биосенсор, разработанный в Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США (ORNL), обнаруживает появление патогенных грибов на растениях на молекулярном уровне, открывая путь к созданию средств защиты растений нового поколения и разработке стрессоустойчивых сортов. Это нововведение способствует развитию технологий в сельскохозяйственном и биопромышленном секторах США.
Датчик выявляет вспышки грибных заболеваний практически в режиме реального времени, задолго до появления видимых симптомов у растений, что позволяет проводить более быстрое и точное лечение, чем традиционные методы мониторинга. Технология, описанная в журнале Plant Biotechnology Journal, также может сигнализировать о возникновении полезных взаимодействий между растениями и микроорганизмами, что полезно для ученых-растениеводов при разработке стрессоустойчивых культур, например, для производства современных химических веществ и материалов.
Так, биосенсор может помочь обнаружить начинающуюся вспышку септориоза — грибного заболевания, вызывающего поражение стеблей некоторых видов тополя, растения, представляющего интерес в качестве многолетней энергетической культуры.
Биосенсор был создан с использованием расщепленных белковых сегментов, называемых интеинами, а также прикрепленных биомаркеров для обнаружения присутствия хитина, основного структурного компонента клеточных стенок грибов. При наличии хитина белковые фрагменты собираются воедино и излучают флуоресцентное свечение, позволяя исследователям увидеть момент, когда растение распознает микробный сигнал.
«Эти инструменты меняют наш подход к функциональной геномике, помогая нам понять, как гены взаимодействуют, управляя растительными системами. Наши биосенсоры обнаруживают и помогают нам понять, как разворачиваются ключевые события в процессе роста растений, включая их взаимодействие с окружающей средой и, в данном случае, с влияющими микроорганизмами. Благодаря возможности обнаружения на очень ранней стадии, биосенсор позволяет нам детально изучить молекулярные процессы, связанные с этими взаимодействиями», — сказал Пол Абрахам, научный сотрудник отдела исследований и разработок и руководитель направления научных исследований и разработок в области проектирования и обеспечения безопасности экосистем Министерства энергетики США (SEED SFA), которое поддержало проект.
«Благодаря своей универсальности как инструмент биоинженерии, сенсор может быть модифицирован для идентификации и изучения других сигнальных молекул, называемых лигандами, которые выделяются микроорганизмами и, в свою очередь, запускают ответные реакции растений. Возможность более быстрого автоматизированного скрининга лигандов, взаимодействующих с рецепторами растений, дает ученым новые знания об этих сигнальных путях, имеющих решающее значение для иммунного ответа растений», — говорит Сяохань Ян, руководитель проекта в отделе бионаук ORNL.
По его словам, платформу также можно модифицировать для изучения белково-белковых взаимодействий внутри живой клетки, прикрепляя расщепленные интеины к различным интересующим белкам и отслеживая, происходит ли их рекомбинация и возникает ли флуоресценция. Эти взаимодействия также имеют важное значение для иммунитета растений — ключевого направления исследований для ученых, разрабатывающих растения, устойчивые к болезням или другим стрессовым факторам.
Изобретение основано на лидерстве ORNL в области системной биологии растений, направленном на разработку молекулярных инструментов для лучшего понимания и проектирования сложных биологических процессов. Биотехнологический инструментарий лаборатории включает в себя датчики, способные обнаруживать активность инструментов редактирования генов CRISPR в организмах невооруженным глазом и с помощью ультрафиолетового фонарика, а также визуализировать и отслеживать активность РНК и экспрессию генов в живых растениях в режиме реального времени.
Источник: Oak Ridge National Laboratory. Автор: Стефани Сиэй.
На фото: грибная клетка испускает химические сигналы, которые обнаруживаются растительной клеткой, оснащенной биосенсором, что приводит к видимому флуоресцентному излучению.
Автор фото: Филип Грей, ORNL/Министерство энергетики США.
