Новый фермент может привести к появлению безвредных пестицидов

Фитопатогены вида Xanthomonas поражают многие культуры, например, рис, пшеницу и томаты. Эти патогены усиливают свое действие, используя соединение под названием α-1,6-циклизированная β-1,2-глюкогексадекаоза (CβG16α) для подавления основных механизмов защиты растений, таких как экспрессия белков, связанных с патогенезом, а также накопление каллозы — полисахарида, который играет важную роль в защитных механизмах растений.

Ученые из Токийского университета науки обнаружили новый фермент под названием XccOpgD, который играет ключевую роль в производстве CβG16α у бактерии Xanthomonas campestris pv campestris. Этот фермент относится к семейству гликозид гидролаз (GH186) и участвует в сложных биохимических процессах, позволяющих бактерии заражать растения. Исследователи изучили, как XccOpgD участвует в образовании молекулы CβG16α. Для уточнения структурных особенностей фермента и его каталитического механизма они применили метод рентгеновской кристаллографии.

Семейство гликозид гидролаз GH186, к которому принадлежит фермент XccOpgD, играет важную роль в регуляции компонентов клеточной стенки бактерий. Оказалось, что, в отличие от других известных ферментов этого семейства, XccOpgD обладает уникальным механизмом действия, который называется аномерно-инвертирующим трансгликозилированием.

Ферменты, которые расщепляют сахара, обычно делятся на четыре группы в зависимости от того, как они изменяют сахарные молекулы. Но ученые обнаружили, что существует еще один тип реакции, который ранее был неизвестен. Новый тип реакции позволяет создавать специальные сахарные цепочки, которые используются патогенными бактериями для выживания и размножения. Другими словами, бактерии используют эти цепочки, чтобы вызывать болезни.

Исследования показали, что линейный β-1,2-глюкан превращается в циклическое соединение CβG16α, что было подтверждено ядерным магнитным резонансом. Анализ выявил важные участки, связывающие субстрат, и показал конкретные взаимодействия в цепи глюкана. XccOpgD использует механизм трансгликозилирования, в котором аминокислоты D379 и D291 являются ключевыми катализаторами.

Исследование открывает новые пути для создания средств защиты растений от бактерий рода Xanthomonas. Перспективным направлением является разработка новых пестицидов, которые будут воздействовать на конкретный фермент патогена. Такой подход позволит бороться с заболеваниями растений без вреда для полезной почвенной микрофлоры.