Rondwormen die zich voeden met planten veroorzaken ongeveer $ 100 miljard aan jaarlijkse wereldwijde gewasschade. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van New Hampshire ontdekt dat bepaalde enzymen in rondwormen, nematoden genoemd, zich anders gedragen dan dezelfde enzymen bij mensen, waarbij aminozuren mogelijk een sleutelrol spelen.

De bevindingen, gepresenteerd in het tijdschrift PLOS EEN , zijn belangrijk omdat ze wetenschappelijke inspanningen bevorderen om nieuwe, milieuvriendelijkere pesticiden om nematoden te beheersen en wereldwijde schade aan landbouwgewassen zoals maïs, katoen, tarwe, soja, rijst, en aardappel.

"Plantparasitaire nematoden zijn verantwoordelijk voor grote verliezen in de gewasproductie in de Verenigde Staten en over de hele wereld, " zei Rick Cote, hoogleraar moleculaire, cellulair, en biomedische wetenschappen en onderzoeker bij het New Hampshire Agricultural Experiment Station.

"De huidige chemische nematiciden zijn zeer giftig voor de mens, vandaar de behoefte aan 'next-generation' nematiciden die geen nadelige effecten hebben op landarbeiders en het milieu. Ons werk identificeerde fosfodiësterase-enzymen als nieuwe doelen voor de ontwikkeling van veiligere, duurzamere nematiciden."

Naast Cote, het onderzoek werd uitgevoerd door Kevin Schuster, doctoraatsstudent biochemie; Mohammed Mohammadi, doctoraatsstudent in de chemische technologie; Karyn Cahill en Suzanne Matte, voormalig onderzoekspersoneel; Alexis Maillet, bachelorstudent biomedische wetenschappen; en Harish Vasist, assistent-professor chemische technologie.

specifiek, onderzoekers richtten zich op fosfodiësterase-enzymen (PDE's). Alle dieren gebruiken PDE's om veel fysiologische processen te reguleren, inclusief beweeglijkheid, reproductie, en zintuiglijke waarneming. Eerder, Cote en Schuster ontdekten dat blootstelling van levende nematoden aan bepaalde verbindingen, PDE-remmers genoemd, de werking van PDE's belemmeren, belemmert de beweging van nematoden en het vermogen om voedsel in zijn omgeving waar te nemen. De hoop is dat het toepassen van nematodenspecifieke PDE-remmers op landbouwvelden kan voorkomen dat plantparasitaire nematoden plantenwortels infecteren.

In dit onderzoek, onderzoekers vergeleken de reacties van een menselijke PDE - specifiek PDE4 - met de reacties van de nematode PDE4 wanneer ze dezelfde PDE-remmer op elk enzym toepasten. Ze vonden dat in alle gevallen de PDE-remmers die ze testten, waren minder succesvol in het belemmeren van de nematoden-enzymactiviteit in vergelijking met de menselijke enzymactiviteit.

Dit bracht Vashisth en Mohammadi ertoe te studeren, op atomair niveau, welke aminozuren in de PDE4-enzymen verantwoordelijk zijn voor deze farmacologische verschillen. Ze ontdekten dat bepaalde aminozuren en verschillen in de algemene structuur van de twee enzymen bijdragen aan de verminderde effectiviteit van PDE-remmers om de werking van het nematodenenzym te blokkeren. UNH heeft een patent aangevraagd voor deze ontdekking, die beschikbaar is voor licentie via UNHInnovation.

"Door te hebben aangetoond dat nematoden PDE's significant verschillen in hun volgorde en structuur, we stellen ons voor dat we chemische nematiciden kunnen ontwerpen die zich selectief richten op plantparasitaire nematoden. Nematiciden die gericht zijn op PDE's van nematoden zouden als bijkomend voordeel hebben dat ze gewassen niet aantasten, omdat planten geen PDE's hebben, en milieuvriendelijk zijn voor mens en dier, ' zei Schuster.

Onderzoekers breiden hun onderzoek naar de effecten van het toepassen van PDE-remmers op levende nematoden uit. "We geloven dat bepaalde nematoden PDE's vitale fysiologische processen kunnen beheersen die nodig zijn voor het vinden van voedsel of reproductie, en dat het remmen van nematoden-PDE's dodelijk kan zijn of steriliteit kan veroorzaken. De langetermijnrichting voor dit onderzoek is om de kennis die uit dit onderzoek is opgedaan te gebruiken om nieuwe verbindingen te ontwerpen die selectief PDE's van nematoden remmen zonder andere dierlijke PDE's te beïnvloeden, ' zei Cote.

Het onderzoek wordt gepresenteerd in PLOS EEN in "Farmacologische en moleculaire dynamische analyses van verschillen in binding van remmers aan mens en nematoden PDE4:implicaties voor het beheer van parasitaire nematoden."