研究人员创造了天然的杀虫蛋白来抵抗抗性虫

哈佛科学家开发出的分子可能有助于解决现代农业中最紧迫的问题之一：昆虫的崛起能够抵抗特性，这些特性可以帮助作物抵御害虫。利用由哈佛大学化学和化学生物学教授David Liu及其同事开发的噬菌体辅助连续进化(PACE)技术，一组研究人员开发了一种名为“Bt毒素”的天然杀虫蛋白的新形式。这些蛋白质可用于帮助控制昆虫中的Bt毒素抗性。

刘是这项研究的通讯作者，由哈佛大学化学与化学生物学系的研究生Ahmed H. Badran，康奈尔大学昆虫学家Ping Wang以及生产Bt毒素的孟山都公司的一些合作科学家共同撰写。作物。这项工作在5月5日的“ 自然”杂志上有所描述，该杂志于4月27日在线发表

“我们在这次合作中的目标是雄心勃勃，”刘说。“关键问题是：我们能否通过进化Bt毒素将Bt毒素重新定位到不同的昆虫肠道蛋白质中，这样做能否杀死已经对野生型Bt毒素产生抗性的昆虫?我们希望使用PACE帮助保持防虫能力。“

然而，Bt毒素的工作仅涉及到PACE的表面。

“随着PACE进化的蛋白质集合变得越来越大，越来越多样化，我希望研究人员能够越来越多地使用PACE来解决传统蛋白质进化方法难以解决的问题，”刘说。“在Bt毒素的情况下，我们在PACE的22天内进化了含有数代氨基酸变化的新Bt毒素超过500代。用传统的逐步方法进行多代蛋白质进化，以每周约一代的速度进行，可能需要十年。“

PACE平台可用于一系列可从蛋白质快速进化中受益的领域。例如，在医疗保健方面，它可以加速新治疗蛋白的发现。哈佛大学的技术开发办公室授予孟山都公司在农业应用中使用PACE技术的有限期独家许可。

“我们一直在稳步扩展我们可以使用PACE进化的分子特征类型，我们最近开发了一种系统，可以选择能够与靶蛋白结合的蛋白质，”Liu说。

刘说，这种发展使得解决发展新型Bt毒素的挑战成为可能，因为Bt毒素作用的关键步骤是与昆虫肠道中的蛋白质结合。

虽然刘预计昆虫可能最终对进化的Bt毒素产生抗性，但他指出该系统能够产生许多针对不同昆虫蛋白质的新Bt毒素。这项工作还表明，有可能一次性发展靶向多种肠道蛋白质的Bt毒素，使昆虫更难以进化抗性。

“希望通过应用这一战略，我们可以克服被认为是维持现代农业产量增长的最大威胁之一，”他说。

为了测试进化毒素的有效性，刘和他的合作者将新进化的毒素喂给了Bt抗性昆虫的菌落，并观察了进化毒素的效力。

“抗性昆虫对野生型Bt毒素的耐受性比普通敏感昆虫高1000倍，”刘解释说。“但进化的Bt毒素杀死这些抗性昆虫的能力比野生型Bt毒素高出335倍，从而恢复了几乎所有失去的Bt毒素效力。”

最终，刘说，对这项研究最有益的是，它的好处将超越实验室。

“我非常坚信，我们的研究都不应该在期刊的页面上消失，”刘说。“在一个理想的世界里，所有这一切都应该以某种方式使人们受益。我们小组的大多数研究都试图通过启用新的治疗方法来实现这一目标。这种合作是一个很好的例子，一个不是针对发展的项目。新治疗方法，而是另一个重要目标 - 即试图保护和提高我们养活人的能力。