Spolmaskar som livnär sig på växter orsakar cirka 100 miljarder dollar i årliga globala skördeskador. Nu har forskare vid University of New Hampshire gjort en patentsökt upptäckt att vissa enzymer i rundmaskar, kallas nematoder, beter sig annorlunda än samma enzymer hos människor, med aminosyror som potentiellt spelar en nyckelroll.

Resultaten, presenteras i tidskriften PLOS ETT , är viktiga eftersom de främjar vetenskapliga ansträngningar för att utveckla nya, mer miljövänliga bekämpningsmedel för att hantera nematoder och minska världsomspännande skador på jordbruksgrödor som majs, bomull, vete, sojaböna, ris, och potatis.

"Plantparasitära nematoder är ansvariga för stora förluster i växtodlingen i USA och runt om i världen, sa Rick Cote, professor i molekylär, cellulär, och biomedicinska vetenskaper och forskare med New Hampshire Agricultural Experiment Station.

"Nuvarande kemiska nematicider är mycket giftiga för människor, därav behovet av "nästa generations" nematicider som saknar negativa effekter på jordbruksarbetare och miljön. Vårt arbete identifierade fosfodiesterasenzymer som nya mål för utveckling av säkrare, mer hållbara nematicider."

Förutom Cote, forskningen utfördes av Kevin Schuster, doktorand i biokemi; Mohammadjavad Mohammadi, doktorand i kemiteknik; Karyn Cahill och Suzanne Matte, före detta forskarpersonal; Alexis Maillet, doktorand i biomedicinska vetenskaper; och Harish Vashisth, biträdande professor i kemiteknik.

Specifikt, forskare fokuserade på fosfodiesterasenzymer (PDE). Alla djur använder PDE för att reglera många fysiologiska processer, inklusive motilitet, fortplantning, och sensorisk perception. Tidigare, Cote och Schuster fann att exponering av levande nematoder för vissa föreningar, kallas PDE-hämmare, hindra PDE:s verkan, hämmar nematodernas rörelse och dess förmåga att känna av mat i sin miljö. Förhoppningen är att applicering av nematodspecifika PDE-hämmare på jordbruksfält skulle kunna förhindra växtparasitiska nematoder från att infektera växtrötter.

I den här studien, Forskare jämförde reaktionerna hos en mänsklig PDE - specifikt PDE4 - med reaktionerna hos nematoden PDE4 när de applicerade samma PDE-hämmare på varje enzym. De fann att i alla fall, PDE-hämmarna de testade var mindre framgångsrika i att hindra nematodenzymaktiviteten jämfört med den mänskliga enzymaktiviteten.

Detta fick Vashisth och Mohammadi att studera, på atomnivå, vilka aminosyror i PDE4-enzymerna som är ansvariga för dessa farmakologiska skillnader. De upptäckte att vissa aminosyror såväl som skillnader i den övergripande strukturen av de två enzymerna bidrar till den minskade effektiviteten av PDE-hämmare för att blockera nematodenzymets verkan. UNH har lämnat in ett patent för denna upptäckt, som är tillgänglig för licensiering genom UNHInnovation.

"Genom att ha visat att nematod-PDE skiljer sig markant i sin sekvens och struktur, vi föreställer oss att kunna designa kemiska nematicider som selektivt riktar sig mot växtparasitiska nematoder. Nematicider riktade mot nematod-PDE skulle ha den extra fördelen att de inte påverkar grödor, eftersom växter saknar PDE, och att vara miljövänlig mot djur och människor, " sa Schuster.

Forskare utökar sin studie av effekterna av att applicera PDE-hämmare på levande nematoder. "Vi tror att vissa nematoder PDE kan styra vitala fysiologiska processer som krävs för att hitta mat eller reproduktion, och att hämmande nematod-PDE kan vara dödlig eller orsaka sterilitet. Den långsiktiga riktningen för denna forskning är att använda kunskapen från denna studie för att designa nya föreningar som selektivt hämmar nematod-PDE utan att påverka andra djur-PDE, " sa Cote.

Forskningen presenteras i PLOS ETT i "Farmakologiska och molekylära dynamikanalyser av skillnader i inhibitorbindning till människa och nematod PDE4:Implikationer för hantering av parasitiska nematoder."