研究人員創(chuàng)造了天然的殺蟲蛋白來抵抗抗性蟲

哈佛科學家開發(fā)出的分子可能有助于解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中最緊迫的問題之一：昆蟲的崛起能夠抵抗特性，這些特性可以幫助作物抵御害蟲。利用由哈佛大學化學和化學生物學教授David Liu及其同事開發(fā)的噬菌體輔助連續(xù)進化(PACE)技術(shù)，一組研究人員開發(fā)了一種名為“Bt毒素”的天然殺蟲蛋白的新形式。這些蛋白質(zhì)可用于幫助控制昆蟲中的Bt毒素抗性。

劉是這項研究的通訊作者，由哈佛大學化學與化學生物學系的研究生Ahmed H. Badran，康奈爾大學昆蟲學家Ping Wang以及生產(chǎn)Bt毒素的孟山都公司的一些合作科學家共同撰寫。作物。這項工作在5月5日的“ 自然”雜志上有所描述，該雜志于4月27日在線發(fā)表

“我們在這次合作中的目標是雄心勃勃，”劉說。“關鍵問題是：我們能否通過進化Bt毒素將Bt毒素重新定位到不同的昆蟲腸道蛋白質(zhì)中，這樣做能否殺死已經(jīng)對野生型Bt毒素產(chǎn)生抗性的昆蟲?我們希望使用PACE幫助保持防蟲能力。“

然而，Bt毒素的工作僅涉及到PACE的表面。

“隨著PACE進化的蛋白質(zhì)集合變得越來越大，越來越多樣化，我希望研究人員能夠越來越多地使用PACE來解決傳統(tǒng)蛋白質(zhì)進化方法難以解決的問題，”劉說。“在Bt毒素的情況下，我們在PACE的22天內(nèi)進化了含有數(shù)代氨基酸變化的新Bt毒素超過500代。用傳統(tǒng)的逐步方法進行多代蛋白質(zhì)進化，以每周約一代的速度進行，可能需要十年。“

PACE平臺可用于一系列可從蛋白質(zhì)快速進化中受益的領域。例如，在醫(yī)療保健方面，它可以加速新治療蛋白的發(fā)現(xiàn)。哈佛大學的技術(shù)開發(fā)辦公室授予孟山都公司在農(nóng)業(yè)應用中使用PACE技術(shù)的有限期獨家許可。

“我們一直在穩(wěn)步擴展我們可以使用PACE進化的分子特征類型，我們最近開發(fā)了一種系統(tǒng)，可以選擇能夠與靶蛋白結(jié)合的蛋白質(zhì)，”Liu說。

劉說，這種發(fā)展使得解決發(fā)展新型Bt毒素的挑戰(zhàn)成為可能，因為Bt毒素作用的關鍵步驟是與昆蟲腸道中的蛋白質(zhì)結(jié)合。

雖然劉預計昆蟲可能最終對進化的Bt毒素產(chǎn)生抗性，但他指出該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生許多針對不同昆蟲蛋白質(zhì)的新Bt毒素。這項工作還表明，有可能一次性發(fā)展靶向多種腸道蛋白質(zhì)的Bt毒素，使昆蟲更難以進化抗性。

“希望通過應用這一戰(zhàn)略，我們可以克服被認為是維持現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)量增長的最大威脅之一，”他說。

為了測試進化毒素的有效性，劉和他的合作者將新進化的毒素喂給了Bt抗性昆蟲的菌落，并觀察了進化毒素的效力。

“抗性昆蟲對野生型Bt毒素的耐受性比普通敏感昆蟲高1000倍，”劉解釋說。“但進化的Bt毒素殺死這些抗性昆蟲的能力比野生型Bt毒素高出335倍，從而恢復了幾乎所有失去的Bt毒素效力。”

最終，劉說，對這項研究最有益的是，它的好處將超越實驗室。

“我非常堅信，我們的研究都不應該在期刊的頁面上消失，”劉說。“在一個理想的世界里，所有這一切都應該以某種方式使人們受益。我們小組的大多數(shù)研究都試圖通過啟用新的治療方法來實現(xiàn)這一目標。這種合作是一個很好的例子，一個不是針對發(fā)展的項目。新治療方法，而是另一個重要目標 - 即試圖保護和提高我們養(yǎng)活人的能力。

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