Как папрат може да погълне толкова арсен и да не умре?

Замърсената с арсен почва и подземни води представляват риск за стотици милиони хора по целия свят. Очистването на токсичния метал е трудоемък и скъп процес, достигащ стотици милиони долари.

Папратите Pteris vittata, намаляват времето и разходите, свързани с очистването на арсен. Растението е уникално, защото може да натрупва и толерира много високи нива на арсен, който поема от почвата, като изолира токсичния елемент в листата си.

Учените са разкрили генетичните и клетъчните механизми, които контролират толерантността на папрата към арсен в статия, публикувана в списание „Current Biology“.

Веднъж попаднал в клетките – както човешки, така и растителни – арсенът води до клетъчна смърт или чрез окислителен стрес, или повлиявайки способността на клетката да произвежда аденозин-3-фосфат (АТФ), молекула, която осигурява енергия за клетките. Папратът има механизми, които го предпазват.

Изследователите са идентифицирали три гена, които са високо активни, когато папратът е в контакт с арсена. Заглушаването на всеки от тези гени води до смърт на растението в присъствието на арсен, което показва тяхната значимост в толерантността към арсена. Чрез тестване на функциите на протеините, кодирани от тези гени, учените показват, че тези протеини могат да работят заедно, за да неутрализират арсена, когато е вътре в клетката.

Гените синтезират три протеина – OCT4, GST и GAPC1. OCT4 е мембранен протеин, контролиращ преноса на съединения през клетъчната мембрана. GST е арсенат редуктаза, която служи като катализатор за превръщането на арсената от почвата в арсенит, форма на арсен, която може да се съхранява във вакуолите на папрата.

При други растения протеинът GAPC1 използва фосфат, за разграждането на глюкозата за енергия, а арсената пречи на нормалната му функция. В Pteris vittata папрата обаче, GAPC1 има по-висок афинитет към арсената отколкото към фосфата, което позволява на растението да понася иначе токсичното вещество.

Други изследователи са открили бактерия Pseudomonas aeruginosa, която има сходна способност да толерира арсен. Генетичните механизми в бактерията и папрата са почти идентични, което предполага, че папратът е развил механизъм на толерантност към арсен, който е подобен на този, използван в бактерията.

Разбирането на генетичните и клетъчните механизми, които позволяват на папрата да натрупва и толерира арсена, е важна стъпка към създаването на други растения, които биха могли по-бързо да очистват замърсени с арсен почви и води.

Chao Cai et al. Three Genes Define a Bacterial-Like Arsenic Tolerance Mechanism in the Arsenic Hyperaccumulating Fern Pteris vittata, Current Biology (2019). DOI: 10.1016/j.cub.2019.04.029

Източник: Phys.org

Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInPrint this page