वैज्ञानिकों ने पौधों को नुकसान पहुंचाने वाले माइक्रोबियल प्रोटीन के परिवार को निष्क्रिय करने का संभावित तरीका खोजा है

शोधकर्ता जानते हैं कि इस परिवार के कुछ सदस्य बैक्टीरिया को पौधे की प्रतिरक्षा प्रणाली से छिपने में मदद करते हैं। लेकिन जब उन्होंने पहली बार प्रोटीन की त्रि-आयामी संरचना देखी, तो उन्हें एक और भूमिका का पता चला।

ड्यूक यूनिवर्सिटी में बायोकैमिस्ट्री के प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक पेई झोउ ने कहा, "जब हमने पहली बार इस मॉडल को देखा, तो यह हमारी कल्पना से बिल्कुल अलग था।"

शोधकर्ताओं ने नाशपाती, सेब, टमाटर और मक्का जैसी फसलों को संक्रमित करने वाले बैक्टीरिया प्रोटीन की एआई भविष्यवाणियों का अध्ययन किया और पाया कि उन सभी में समान त्रि-आयामी संरचनाएं थीं। वे पुआल की तरह एक बेलनाकार तने के साथ एक छोटे मशरूम में मुड़े हुए दिखाई देते हैं।

पूर्वानुमानित आकार जीवाणु प्रोटीन की क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके ली गई छवियों से काफी मेल खाता है जो फलों के पेड़ों पर अग्नि दोष का कारण बनता है। ऊपर से नीचे देखने पर प्रोटीन बिल्कुल एक खोखली नली जैसा दिखता है।

इसने शोधकर्ताओं को सोचने पर मजबूर कर दिया: शायद बैक्टीरिया इन प्रोटीनों का उपयोग पौधों की कोशिका झिल्ली में छेद करने के लिए करते हैं और संक्रमण प्रक्रिया के दौरान मेजबान को "पानी पीने के लिए मजबूर करते हैं"।

जब बैक्टीरिया किसी पत्ती में प्रवेश करते हैं, तो सबसे पहले वे जिस क्षेत्र के संपर्क में आते हैं, वह कोशिकाओं के बीच का स्थान होता है, जिसे साइटोप्लाज्म कहा जाता है। आम तौर पर, पौधे प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक गैस विनिमय की अनुमति देने के लिए इस क्षेत्र को सूखा रखते हैं। लेकिन जब बैक्टीरिया आक्रमण करते हैं, तो पत्तियों के अंदर पानी जमा हो जाता है, जिससे उनके भोजन और प्रजनन के लिए एक नम और आरामदायक स्वर्ग बन जाता है।

फायर ब्लाइट प्रोटीन के पूर्वानुमानित त्रि-आयामी मॉडल के आगे के अध्ययन से पता चला कि जबकि भूसे जैसी संरचना का बाहरी हिस्सा पानी प्रतिरोधी है, इसके खोखले कोर में पानी के लिए एक विशेष आकर्षण है।

जल चैनल परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, अनुसंधान टीम ने ड्यूक विश्वविद्यालय के जीव विज्ञान के प्रोफेसर डोंग के और उनके प्रयोगशाला पोस्टडॉक और सह-प्रथम लेखक फेलिप एंड्रियाज़ा के साथ सहयोग किया। उन्होंने मेंढक के अंडों में बैक्टीरिया प्रोटीन AvrE और DspE के लिए आनुवंशिक रीडआउट जोड़े, इन प्रोटीनों को बनाने के लिए अंडों को सेलुलर कारखानों के रूप में उपयोग किया। मेंढक के अंडों को पतले नमकीन पानी में रखें। बहुत अधिक पानी के कारण अंडे तेजी से फूलेंगे और टूट जायेंगे।

शोधकर्ताओं ने इन जीवाणु प्रोटीनों के चैनलों को अवरुद्ध करके उन्हें अनब्लॉक करने का भी प्रयास किया। नोमुरा ने एक प्रकार के छोटे गोलाकार नैनोकणों पर ध्यान केंद्रित किया जिन्हें PAMAM डेंड्रिमर्स कहा जाता है। ऐसे डेंड्रिमर का उपयोग दो दशकों से अधिक समय से दवा वितरण में किया जा रहा है और प्रयोगशाला में सटीक व्यास वाले कणों में बनाया जा सकता है।

उन्होंने कहा, "हमारी परिकल्पना यह थी कि अगर हमें सही व्यास वाले रसायन मिलें, तो हम छिद्रों को बंद करने में सक्षम हो सकते हैं।"

विभिन्न आकारों के कणों का परीक्षण करने के बाद, उन्हें एक ऐसा कण मिला जो अग्नि दोष रोगज़नक़ इरविनियामाइलोवोरा द्वारा उत्पादित एक्वापोरिन को अवरुद्ध करने के लिए बिल्कुल सही आकार का था।

उन्होंने मेंढक के अंडे लिए जो इस प्रोटीन को संश्लेषित कर सकते थे और उन्हें PAMAM नैनोकणों के साथ पानी दिया, ताकि पानी अब मेंढक के अंडों में न जाए। वे फूलते नहीं हैं.

उन्होंने रोगज़नक़ स्यूडोमोनास सिरिंज से संक्रमित एराबिडोप्सिस पौधों का भी इलाज किया, जो बैक्टीरिया के धब्बे का कारण बनता है। चैनल-अवरुद्ध नैनोकणों ने बैक्टीरिया के विकास को रोक दिया, जिससे पौधों की पत्तियों में रोगज़नक़ सांद्रता 100 गुना तक कम हो गई।

ये यौगिक अन्य जीवाणु संक्रमणों के खिलाफ भी प्रभावी हैं। शोधकर्ताओं ने नाशपाती के फलों पर भी यही प्रयोग किया, जो अग्नि दोष पैदा करने वाले जीवाणु के संपर्क में थे, लेकिन फलों में कभी भी लक्षण नहीं दिखे - बैक्टीरिया ने उन्हें बीमार नहीं किया।

उन्होंने कहा, "यह एक लंबी प्रक्रिया थी, लेकिन इसने काम किया।" "हम इसे लेकर बहुत उत्साहित हैं।"

शोधकर्ताओं का कहना है कि ये निष्कर्ष कई पौधों की बीमारियों को नियंत्रित करने के लिए नए विचार प्रदान कर सकते हैं। हम जो भोजन खाते हैं उसका 80% भाग पौधों द्वारा उत्पादित होता है। हालाँकि, वैश्विक खाद्य उत्पादन का 10% से अधिक - गेहूं, चावल, मक्का, आलू और सोयाबीन जैसी फसलें - हर साल पौधों के रोगजनकों और कीटों के कारण नष्ट हो जाते हैं, जिससे वैश्विक अर्थव्यवस्था को 220 बिलियन डॉलर तक का नुकसान होता है।

अनुसंधान दल ने इस पद्धति पर एक अनंतिम पेटेंट के लिए आवेदन किया है। अगला कदम यह पता लगाना है कि चैनल-अवरुद्ध नैनोकणों और चैनल प्रोटीन कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, इस पर अधिक विस्तार से गौर करके यह पता लगाना है कि यह सुरक्षा कैसे काम करती है, झोउ की प्रयोगशाला में डॉक्टरेट छात्र और सह-प्रथम लेखक जी चेंग ने कहा।

झोउ ने कहा, "अगर हम इन संरचनाओं की छवि बना सकते हैं, तो हम बेहतर फसल सुरक्षा समाधानों को बेहतर ढंग से समझ और डिजाइन कर सकते हैं।"