Доклад: Локальная и системная индуцированная устойчивость.

Врожденный клеточный иммунитет не может обеспечить защиту орга­низма от патогенных агентов, имеющих факторы вирулентности, способ­ные противостоять воздействию механизмов иммунитета. Преодоление сис­темы врожденного иммунитета у позвоночных животных обеспечивается факторами:

• образованием капсулы, защищающей клетку бак­терии от атакующего иммунного комплекса организма хозяина;

• секрецией протеаз, разлагающих рецепторные молекулы макрофагов;

• блокированием слияния эндосом, содержащих поглощенные клетки паразита, с лизосомами внутри макрофагов.

Поэтому в ходе эволюции позвоночных животных была выработана система гуморального иммунитета – накопление специфических пепти­дов – антител в ответ на появление высокомолекулярных соединений па­разита – антигенов [1-3].

Механизм уничтожения патогенных агентов при воздей­ствии специфического приобретенного иммунитета у животных тот же, что и при воздей­ствии неспецифического врожденного, он лишь становится более острым и специфическим. Врожденный иммунитет направлен на быстрое узнавание паразита и его инактивацию. Включение приобретенного иммунитета требу­ет времени. Он обеспечивает тонкие механизмы специфичности, обуслов­ленные клоналыюй селекцией антител и рецепторов Т-клеток, и способ­ность к быстрому ответу на повторное появление в организме антитела [4,5].

У растений (как и у одноклеточных форм) каждая клетка способна к синтезу молекул, узнающих «чужое», к трансдукции сигнала в ядро, токсическому действию на паразита, подавлению его внедрения, изоляции и т.д. Сигнальные молекулы действуют внутриклеточно, обеспечивая иммунную реакцию, которая, прежде всего, проявляется локально, развиваясь в зоне первичного внедрения инфекции, выполняющей роль иммунизатора [213]. Этот тип устойчивости называетсялокальной приобретенной устойчивостью(Local acquired resistance – LAR). При развитии LAR ткани, примыкающие к месту заражения и даже расположенные на противоположной стороне листа, приобретают устойчивость к внедрению и распространению различных патогенов. Биохимической основой для развития LAR являются образование активных форм окислителей, биосинтез защитных PR-белков, фитоалексинов, а также укрепление клеточных стенок в результате действия комплекса ферментов и окислительного взрыва. Благодаря высокой концентрации антимикробных веществ, предотвращается внедрение или распространение патогенов при повторной инфекции [27,221-223].

LAR первоначально была описана по отношению к вирусам. Формой ее является так называемаяперекрестная защита, которая выражается в том, что предварительное заражение растений штаммом вируса, вызывающим слабые симптомы, предохраняет растение от последующего заражения штаммами, способными вызывать сильные симптомы поражения. Размножение второго вируса в клетках подавляется, хотя из клеток он не исчезает [27]. Впоследствии выявили другой тип LAR к вирусам, связанный с проявлением реакции сверхчувствительности [223].

Кроме того, было показано, что LARможно индуцировать солями меди, бензотидиазолом, глицеротрифосфатом, многими другими веществами, введением бактерий или фрагментов их оболочек, а также предварительной инокуляцией авирулентными грибами и даже микроорганизмами ризосферы [222-227].

Происхождение LAR стало понятным после расшифровки молекулярных основ событий, происходящих в зоне развития возбудителей заболеваний. В несовместимых комбинациях при узнавании патогена формируется внутриклеточный сигнал, активирующий защитные механизмы в пораженной и соседних клетках растения [223]. Индуцированная устойчивость распространяется на другие существующие и вновь образованные части растения и приводит к развитиюсистемной приобретенной устойчивости (Systemic acquired resistance– SAR), или индуцированной системной устойчивости (Induced systemic resistance – ISR) [228-231].

Феномен индуцированной устойчивости изучали ученые разных научных школ (в частности, над этой проблемой на растениях сем. Тыквенные иБобовые много работал в США J. Kuč) [221]. Было установлено, что SARне абсолютна и проявляется лишь в снижении восприимчивости к заражению ранее неинфицированных участков растения, и что действие SAR неспецифично: оно эффективно не только по отношению к исходному иммунизирующему виду, но и к более или менее широкому кругу патогенов, включая возбудителей болезней и вредителей. Предварительная иммунизация первых настоящих листьев огурцов, арбузов и тыкв вирусом некроза табака или возбудителем антракноза защищала растения, по крайней мере, от 13 видов микроорганизмов (облигатных и факультативных паразитических грибов, вирусов и бактерий). Аналогичные результаты получены в лабораторных и в полевых условиях, что важно для сельского хозяйства.Было также предположено, что именно индуцированная устойчивость лежит в основе неспецифической (горизонтальной) устойчивости растений к болезням и вредителям.

Понимание биохимических механизмов, связанных с SAR не прогрессировало до открытия PR-белков, коррелирующих с распро­странением SAR [232]. Используя систему табак–ВТМ, были обнаружены мРНК 9 семейств генов, которые постоянно индуцируются в незараженных листьях инокулированных растений. Они полу­чили название семейства SAR-генов [23]. Начало экспрессии SAR-генов со­ставляет примерно 6 ч после заражения и соответствует периоду, когда устойчивость может быть определена фенотипически [233,234].

Индукция SAR связана с обширным и сильным нарастанием в апопласте активности PR-белков, в особенности различных гидролаз, усилением в межклеточном пространстве растения проявлений гетеротрофных свойств, сдерживающих его заселение патогенными микроорганизмами [29,52,56]. SAR коррелирует с накопление межклеточ­ной кислой пероксидазы и хитиназы, ингибиторов протеиназ, лигнина и отложением каллозы, т.е. факторами иммунного ответа. Так, иммунизация огурца грибом Cladosporium cucumerinum сопровождается по меньшей мере 3-кратным увеличением активности пероксидазы, которое носит системный характер и отмечено у иммунизированных, не подверженных вторичному заражению тканей, удаленных от места первичной инокуляции [235].

PR-белки участиуют во многих иммунных механизмах. Например, PR-6являютсяингибиторами протеиназ, защищающими растения от грибных и бактериальных патогенов, а также от грызущих насекомых. К числу антимикробных относятся классы SAR-генов, кодирующие β-1,3-глюканазы и хитиназы.PR-9имеют активностьпероксидаз и участвуют в укреплении клеточных стенок через образование отложений лигнина; ряд белков принимают участие в укреплении стенки клеток хозяина и образовании папилл [108]. Одна из главных групп SAR-генов – PR-1 белки, которые очень широко распространены у покрытосеменных, но функция которых не яс­на [236]. Еще один класс SAR-генов кодирует богатую цистеином группу белков, называемых тауматинами. В некоторых патосистемах для SAR-генов характерна индукция активности липоксигеназ: эти ферменты образуют производные жирных кислот с высокой антимикробной активностью. В иммунизированных растениях наблюдаются также синтез фитоалексинов. Эти механизмы связаны с увеличением активности окислительных ферментов, а также синтезом терпеноидных и ароматических предшественников. Сейчас известно свыше 15 PR-белков [232,237].

По растению SAR распространяется снизу вверх. Сигнал индукции SAR передается по флоэме [225]. Так, прививка дыни на подвой огурца, содержащего лист-индуктор, вызывала устойчивость в привое. Установлено, что для SAR характерна экспрессия генов PR-белков. Она начиналась через 3-6 ч и совпадала с началом формирования активного иммунного ответа в месте первичной инфекции, а еще через 48-72 ч после заражения листа-индуктора продолжительная системная активация РR-генов наблюдалась в удаленных частях растения.

В растениях существуют мобильные молекулы, которые могут активировать меха­низм устойчивости в клетках, удаленных от места инфекции. Предположено, что соединения, претен­дующие на роль межклеточных системных сигнальных молекул, должны синтезироваться в растении, передвигаться по нему, количе­ственно возрастать после повреждения растительной ткани и индуциро­вать защитные механизмы.

Существуют два парал­лельные и относительно независимые пути передачи межклеточных сигналов. Первый из них связан с инфекцией – бактериальной, грибной или вирусной, и главной сигнальной молекулой этого пути является салициловая кислота (СК) [238]. Основной сигнальной молекулой второго пути, сообщающего о поранении растительной ткани, незави­симо от того, является ли это поранение механическим, либо вызвано вредителями или факультативными паразитами, выступает жасмоновая кислота (ЖК) [91,239]. Эти пути активации индуцированной устойчивости растений по-разному задействованы против патогенов: СК индуцирует SAR к биотрофам, тогда как ЖК – к некротрофам [220,240,241].

Кроме СК и некоторых ее производных, ЖК и ее ме­тилового эфира на роль системных сигналов претендуют системин, этилен и абсцизовая кислота [242].

Формирование SAR приводит к согласованной активации спектра генов, обеспечивающих комплекс иммунных ответов растений. Совокупность механизмов иммунитета обеспечивает неспецифическую устойчивость к различным вредным организмам. Проявления и регуляция индуцированной устойчивости имеют особенности для иммунизации био- и некротрофными патогенами, а также при ранениях и при повреждении грызущими насекомыми. Предполагается, что взаимодействие путей сигнальной трансдукции ведет к созданию сетевой структуры, адекватно реагирующей на различные внешние сигналы. Ключевую роль в механизме сигнальной регуляции с участием СК и ЖК, играет ген NPR1 (Non-expressor of PR genes) [243].

Наиболее важным и активным компонентом сигнальной системы растений является сали­циловая кислота. Салициловая кислота, ее ацетилированная форма – аспирин, кроме того, играют важную роль и в регуляции защитных реакций у млекопитающих, осу­ществляя противовоспалительное действие.

Таким образом, растения, как и высшие животные, обладают врожденным и приобретенным иммунитетом. Как известно, факторы врожденного иммунитета сохраняют эволюцион­ную память вида, факторы приобретенного иммунитета поддерживают иммунную память индивидуума [2].