Как растения чувствуют электрические поля

Международная группа исследователей определила сенсор, который растения используют для восприятия электрических полей. Побочный полезный эффект: их работа может способствовать пониманию того, как вирус Эбола проникает в клетки человека.

Клетки растений, животных и людей используют электрические сигналы для коммуникации. Листья также посылают электрические сигналы другим частям растения, например, при повреждении и угрозе от насекомых.

Профессор Райнер Хедрих (Университет Вюрцбурга) и его команда многие годы изучали молекулярные компоненты, которые растения используют для обмена информацией и восприятия изменений электрического напряжения.

Открытие ионного канала

Ещё в середине 1980-х, используя метод patch clamp, Хедрих впервые обнаружил у растений ионный канал, активируемый ионами кальция и электрическим полем. В 2005 году был найден ген, лежащий в основе этого канала (TCP1). Теперь команда Хедриха идентифицировала ту часть канала, которая функционирует как сенсор электрического напряжения и активирует канал.

Результаты подробно опубликованы в журнале "Plant Biology" и рекомендованы платформой "Faculty of 1000".

Как нашли сенсор напряжения

Открытие стало результатом международного сотрудничества:

• 3D-модель: Профессор Томас Мюллер создал трёхмерную модель белка канала TPC1, которая показала, что он состоит из двух соединённых, почти идентичных белковых единиц, каждая из которых может формировать потенциальный сенсор напряжения.
• Эволюционный анализ: Учёные Йорг Шульц и Дирк Беккер выяснили, что ген TCP1 впервые появился с эволюцией клеток, имеющих ядро, и с тех пор есть у всех живых существ, включая человека. Вторая единица белка TPC1 за миллионы лет почти не изменилась — от простейших до растений и людей.
• Экспериментальное подтверждение: Растения с мутацией в определённой субъединице канала потеряли способность реагировать на электрическое поле (рабочая группа Ирены Мартен).
• Математическая модель: Была разработана модель, объясняющая, как электрический переключатель в белке канала TPC1 работает на молекулярном уровне.

Мутации, болезни и связь с вирусом Эбола

Мутации в канале TPC1 влияют на состояние растения:

• Растения с гиперактивной формой канала находятся в постоянной "боевой готовности" и сверхчувствительны к повреждениям или атакам насекомых (показано ещё в 2009 году).
• Сейчас, совместно со швейцарской группой, исследуется, какие вмешательства в дефектный канал могут помочь "вылечить" растение.

Эта работа может дать новое понимание пути заражения вирусом Эбола, поскольку этот патоген использует человеческий канал TPC1 для проникновения в клетки.