Микробиологи создали высокотехнологичный спрей против ржавчины миртовых, угрожающей австралийским лесам

Инвазивное грибковое заболевание — ржавчина миртовых — достигло Австралии около десяти лет назад и стало стремительно распространяться. Оно поражает растения семейства Миртовые (Myrtaceae), включая эвкалипты, мелалеуки и лилли-пилли, на которые приходится 10% биоразнообразия флоры континента.

Болезнь уже изменила экосистемы, уничтожая деревья и их кроны, стёрла с лица земли целые виды в отдельных районах и нанесла экономический ущерб отраслям, выращивающим такие деревья, как лимонный мирт и чайное дерево. Это медленно движущийся экологический разрушитель: исследования показывают, что в дикой природе в течение одного поколения он может привести к исчезновению по меньшей мере 16 видов тропических деревьев, а ещё 20 видов находятся под угрозой.

Учёные использовали технологию РНК, аналогичную той, что применяется в вакцинах от COVID-19, для создания высокоспецифичного лечения. Спрей способен восстановить здоровье даже сильно заражённых деревьев примерно за шесть недель. Исследование опубликовано в Communications Biology.

Проблема существующих подходов

Текущие методы борьбы с болезнями деревьев ограничены: можно применять фунгициды по принципу «выжженной земли», убивая все грибы, или выводить устойчивые к патогену растения. Ни одна из этих стратегий не эффективна против ржавчины миртовых из-за огромного количества видов-хозяев, часто растущих в труднодоступных местах.

Например, вид Lenwebbia sp. Main Range, находящийся на грани исчезновения, растёт только на скалах в хребте Найткэп в северной части Нового Южного Уэльса. Кроме того, многие культурно значимые и знаковые деревья в Австралии и Аотеароа (Новая Зеландия) являются долгоживущими, и их нельзя заменить на устойчивые генотипы. В отсутствие лечения единственной мерой предосторожности является создание запасов семян для сохранения генетики для будущих поколений.

Механизм РНК-интерференции

Лечение использует молекулярный механизм «РНК-интерференции», присущий почти всем растениям, животным и грибам. Когда клетка обнаруживает двуцепочечную РНК (что в природе обычно указывает на вирус или другую угрозу), она запускает РНК-интерференцию для уничтожения «нарушителя». Система учится распознавать угрозу и затем разрушает любую одноцепочечную матричную РНК, которая ей соответствует.

Исследователи разработали двуцепочечную РНК, соответствующую жизненно важным генам гриба, вызывающего ржавчину миртовых, и распылили её на листья заражённых растений. Это активировало механизм РНК-интерференции у гриба, саботируя действие генов, необходимых ему для выживания.

Результаты лечения

Ржавчинные грибы производят микроскопические структуры, похожие на таран (аппрессории), для проникновения в листья хозяина. Большинство спор грибов, обработанных двуцепочечной РНК, не могли прорасти, чтобы произвести эти структуры, а те, что прорастали, были слабыми и недееспособными.

Двуцепочечную РНК также можно распылять на растения заранее для полного предотвращения болезни. В испытаниях спрей останавливал развитие болезни даже у сильно заражённых растений, и через шесть недель они восстанавливались до здорового состояния.

Высокая специфичность и устойчивость эффекта

Чтобы лечение не затронуло случайно другие организмы, учёные разработали его, используя «штрихкодирующие гены», которые уникально идентифицируют вид-мишень. Эти гены, как правило, идентичны у всех представителей вида, различаются у близкородственных видов и обычно контролируют важную клеточную функцию.

Ближайший родственный ржавчинный гриб, поражающий дерево Albizzia lebbeck в Австралии, достаточно отличается, чтобы не подвергаться воздействию лечения. Вероятность того, что у неродственного организма будет идентичная последовательность штрихкодирующего гена, крайне мала, поэтому не ожидается побочных эффектов.

Ещё одно преимущество мишени в виде штрихкодирующего гена — долговременное воздействие. В отличие от некоторых других генов, эти гены не могут мутировать, не подвергая риску выживание организма. Это снижает вероятность эволюции устойчивости патогена. А если устойчивость к двуцепочечной РНК всё же разовьётся, последовательность-мишень можно модифицировать, чтобы снова соответствовать грибу, всего за несколько дней.

Интегрированный подход

Универсального решения для управления патогенами в природных экосистемах и сельском хозяйстве не существует. План действий правительства Австралии по борьбе с ржавчиной миртовых рекомендует комплексный подход. В ближайшие годы двуцепочечную РНК можно будет включить в стратегию сдерживания этой разрушительной болезни, особенно в сферах охраны природы, промышленности и лечения отдельных деревьев, имеющих культурное значение.