Projekti / Programi
Proteinski kompleksi iz glivnega rodu Pleurotus kot novi biopesticidi za zatiranje koloradskega in koruznega hrošča
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.00 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B390 |
Biomedicinske vede |
Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
egerolizinska družina proteinov, MACPF družina proteinov, pesticid, proteini, genetsko spremenjene rastline, koloradski hošč, membrana, lipid.
Raziskovalci (29)
Organizacije (5)
Povzetek
V cilju zadovoljitve vse večjega povpraševanja po hrani in v skladu z vse strožjimi okoljskimi zahtevami, kmetijstvo mora z ene strani poskrbeti za povečanje proizvodnje in kakovosti hrane, z druge strani pa za zmanjševanje škodljivih ekoloških posledic. S tem povezane strategije vključujejo tudi učinkovit nadzor nad škodljivci, oz. nadomestitev kemičnih pesticidov prve generacije z novejšimi, varnejšimi in okolju prijaznejšimi biopesticidi.
Ostreolizin A6 (OlyA6), pleurotolizin A2 (PlyA2) i erilizin A (EryA) so proteini iz glivnega rodu Pleurotus. Nedavno so odkrili da se omenjeni proteini, ki sodijo v proteinsko družino egerolizinov, specifično vežejo na ceramid fosfoetanolamin; membranski sfingolipid specifičen za nevretenčarje (še posebej za žuželke). Glive rodu Pleurotus proizvajajo tudi protein pleurotolizin B (PlyB) z domeno kompleksa, ki napade membrano/perforin (ang. membrane attack complex/perforin; MACPF). Protein PlyB lahko v kombinaciji z egerolizini OlyA6, PlyA2 ali EryA tvori bikomponentne multimerne transmembranske pore v umetnih in bioloških membranah, ki vsebujejo fiziološko pomembne koncentracije ceramid fosfoetanolamina. Ta lastnost kompleksov egerolizin/PlyB bi se lahko uporabila za selektivno zatiranje organizmov, katerih celične membrane vsebujejo molekularno tarčo za egerolizine: ceramid fosfoetanolamin.
Predlagani projekt temelji na spodbudnih rezultatih, ki smo jih dobili v okviru ravnokar zaključenega nacionalnega raziskovalnega projekta J4-7162. V okviru tega projekta smo z uporabo prehranjevalnih testov pokazali potencial kompleksov OlyA6/PlyB, PlyA2/PlyB in EryA/PlyB za selektivno zatiranje ličink in odraslih osebkov dveh ekonomsko najbolj pomembnih škodljivcev iz reda Coleoptera (hrošči): koruznega hrošča (Diabrotica v. virgifera) in koloradskega hrošča (Leptinotarsa decemlineata). Toksičnost omenjenih proteinskih kompleksov je bila primerljiva s toksičnostjo proteinskih toksinov Cry, v primeru koruznega hrošča celo višja. Toksini Cry so proteini bakterije Bacillus thuringiensis, ki se že več desetletij uporabljajo za razvoj genetsko modificiranih poljščin v cilju zatiranja rastlinskih škodljivcev. Toksini Cry delujejo insekticidno preko vezave za (gliko)proteinske receptorje v membranah črevesnih celic žuželk, zato žuželke zelo hitro razvijajo rezistenco proti tem toksinom. Glede na to, da kompleksi OlyA6/PlyB, PlyA2/PlyB in EryA/PlyB delujejo na specifični membranski lipidni receptor, in ne na proteinske receptorje podvržene mutacijam, je verjetnost za razvoj rezistence proti omenjenim egerolizinskim insekticidnim kompleksom zelo majhna.
V okviru predlaganega projekta želimo podrobneje osvetliti potencial kompleksov OlyA6/PlyB, PlyA2/PlyB in EryA/PlyB za zatiranje koloradskega hrošča. V ta namen nameravamo razviti genetsko spremenjene rastline krompirja, ki bodo izražale omenjene insekticidne komplekse. Podrobneje bomo raziskali tudi molekularne mehanizme delovanja kompleksov OlyA6/PlyB, PlyA2/PlyB in EryA/PlyB tako, da bomo (1) proučili mehanizem tvorbe pore na membranah, ki vsebujejo ceramid fosfoetanolamin in (2) poiskali morebitne dodatne proteinske in lipidne receptorje v črevesu občutljivih žuželk. Testirali bomo tudi toksičnost kompleksov egerolizin/PlyB na ostale ekonomsko pomembne škodljive žuželke, kakor tudi na ne-tarčne žuželke (npr. čebele) in na glodalce. Predlagana raziskava bo zapolnila manjkajoče vrzeli na področju molekularnih mehanizmiov delovanja insekticidnih egerolizinskih kompleksov, in odprla vrata za nadaljnji razvoj novih okolju prijaznih bioinsekticidov s podaljšanim delovanjem.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalni pristopi predlaganega projekta ponujajo možnosti za reševanje problemov, s katerimi se sooča sodobno kmetijstvo, kot so rezistenca na insekticide, neustrezna kontrola škodljivcev, okoljski problemi ter problemi, povezani z zdravjem ljudi. Rezultati bodo pomagali najti učinkovito strategijo za detekcijo in kontrolo pomembnih nevretenčarskih škodljivcev, ter bodo tako predstavljali direktno korist za kmetijski sektor. Kombinacija biokemičnih in ‘-omskih’ pristopov ponuja možnost osvetlitve molekulskih mehanizmov toksičnosti ter napoved možnih ovir pri uvajanju omenjenih insekticidov. Predlog projekta tako dopolnjuje vrzeli na področju molekulskih mehanizmov delovanja novih insekticidov, ki se vežejo na lipide, in odpira pot za razvoj okolju prijaznih in dlje časa učinkovitih bioinsekticidov.
Projektna skupina je sestavljena iz izkušenih raziskovalcev iz različnih naravoslovnih ved, kar omogoča multidisciplinarni pristop za uspešno realizacijo tega projekta. To je dandanes pomembno, saj vrhunske raziskave in tudi objave v vrhunskih revijah v naravoslovju zahtevajo tak pristop in raznolike eksperimentalne poskuse. Raziskovalci te projektne skupine redno objavljajo v revijah z visokim faktorjem citiranosti ,zato pričakujemo, da bodo rezulati predlagane raziskave prav tako objavljeni v vrhunskih znanstvenih revijah in da bodo patentirani. To bo imelo pozitiven vpliv na promocijo raziskovalnih skupin in inštitucij na katerih ti raziskovalci delajo, znanosti v Sloveniji in Slovenije kot države na sploh. Rezultati bodo v korist lokalnim pridelovalcem in industriji hrane za zagotavljanje varnosti prehrane. Projekt predstavlja tudi odlično priložnost za mlajše raziskovalce. Slednji bodo vključeni v vse stopnje projekta, kar bo osnova za pridobitev njihovih diplomskih, magistrskih in doktorskih nazivov v znanosti. Študentje iz Hrvaške bodo prav tako vključeni v projekt preko programa izmenjave ERASMUS. Študentje in raziskovalci bodo imeli dostop do sodobne raziskovalne opreme na vseh v projektu sodelujočih ustanovah. Skupaj z uveljavljenimi raziskovalci bodo zagotavljali stimulativno okolje za njihov razvoj in ustrezno prakso pri raziskovanju na področju ved o življenju kot so biokemija, molekularna biologija, mikrobiologija, biofizika in testi toksičnosti.
Izzidi projekta bodo v končnici lahko omogočili tudi direktno ekonomsko korist predlagateljem iz redov slovenske ekonomije, saj vidimo možnost trženja razvitih inovativnih nizkorizičnih rešitev za kontrolo škodljivcev tako v europskih biotehnoloških podjetjih in podjetjih za integrirano varstvo rastlin (npr. e-nema GmbH, Nemčija; Globachem NV, Belgija; CBC Europe S.r.l., Italija), in preko mednarodnih podjetij z močno ekspertizo na podroočju biotehnoloških rešitev za zaščito rastlin (npr. Pioneer, BASF, DOW Agrosciences, Bayer Crop Science, Du Pont). Naš cilj je razviti proteinske biopesticide in njihovo uporabnost do najmanj 5. ravni tehnološke razvitosti, ter poiskati lastnike licenc, ki bi rešitve lahko prenesli na trg in tako izboljšali/ spremenili obstoječe kmetijske postopke.
Pomen za razvoj Slovenije
The research approach of this project aims to provide solutions for problems that conventional pest control faces nowadays, including insecticide resistance and inadequate pest control, along with the often-associated environmental and human health concerns. A combination of biochemical and ‘-omics’ approaches offers the possibility to define the mechanisms of action and to predict potential obstacles in the introduction of the proposed new insecticides. The proposed study will complete the missing parts in the molecular mechanisms of these novel lipid-binding biopesticides, and will pave the way for the development of new environment-friendly and long-term effective insecticides.
The Project Group is composed of experienced senior scientists in such a way that it enables multidisciplinary approaches to the successful completion of the project. This is important nowadays, as publications in high-impact journals in the life sciences demand multidisciplinarity and many different experimental approaches. The Project Goup has experience with publications in high-impact journals, and we anticipate that the outcomes of this project will be some papers in high-ranking scientific journals, along with some patents. This will have a positive impact on the promotion groups and affiliated institutions that are involved in the project, and on Slovenian science and Slovenia in general. In particular, the results will represent support to the local food industry in assuring food security. The project will also provide good training opportunities for young scientists. They will be included in all stages of the project, which will represent the main theme of their BSc, MSc or PhD studies. Foreign students from Croatia will also be included into the project through project work within the ERASMUS exchange programme. These students will have access to the modern equipment at all of the participating institutions. Together with the senior researchers included in the project, this will provide a stimulating environment for good training in modern life science disciplines, such as biochemistry, molecular biology, microbiology, toxicity testing, and biophysics.
Finally, the outcome of the project will have direct economic benefits to the proposers and to the Slovenia economy: we see the possibility of marketing the developed innovative low-risk pest-management solutions through selected European biotech/ IPM companies (e.g., e-nema GmbH, Germany; Globachem NV, Belgium; CBC Europe S.r.l., Italy), and through international companies that have strong presence in the field of biotechnological solutions for plant protection (e.g., Pioneer, BASF, DOW Agrosciences, Bayer Crop Science, Du Pont). Our aim is to develop protein biopesticides and their applications to TRL 5 or higher, and to find licensees who can bring the solution onto the market to influence and change the existing agronomic practices.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
