I nematodi che si nutrono di piante causano circa $ 100 miliardi di danni annuali alle colture globali. Ora i ricercatori dell'Università del New Hampshire hanno fatto una scoperta in attesa di brevetto che alcuni enzimi nei nematodi, chiamati nematodi, si comportano diversamente dagli stessi enzimi nell'uomo, con gli amminoacidi che potenzialmente giocano un ruolo chiave.

Le scoperte, presentato sulla rivista PLOS UNO , sono importanti perché fanno avanzare gli sforzi scientifici per sviluppare nuovi, pesticidi più rispettosi dell'ambiente per gestire i nematodi e ridurre i danni a livello mondiale alle colture agricole come mais, cotone, Grano, soia, Riso, e patata.

"I nematodi fitoparassiti sono responsabili di gravi perdite nella produzione agricola negli Stati Uniti e in tutto il mondo, " ha detto Rick Cote, professore di molecolare, cellulare, e scienze biomediche e ricercatore presso la New Hampshire Agricultural Experiment Station.

"Gli attuali nematocidi chimici sono altamente tossici per l'uomo, da qui la necessità di nematocidi di "nuova generazione" che non abbiano effetti negativi sui lavoratori agricoli e sull'ambiente. Il nostro lavoro ha identificato gli enzimi fosfodiesterasi come nuovi bersagli per lo sviluppo di nematocidi più sostenibili”.

Oltre a Costa, la ricerca è stata condotta da Kevin Schuster, dottorando in biochimica; Mohammadjavad Mohammadi, dottorando in ingegneria chimica; Karyn Cahill e Suzanne Matte, ex personale di ricerca; Alexis Maillet, studente universitario in scienze biomediche; e Harish Vashisth, assistente professore di ingegneria chimica.

Nello specifico, i ricercatori si sono concentrati sugli enzimi fosfodiesterasi (PDE). Tutti gli animali usano le PDE per regolare molti processi fisiologici, compresa la motilità, riproduzione, e percezione sensoriale. In precedenza, Cote e Schuster hanno scoperto che l'esposizione dei nematodi viventi a determinati composti, chiamati inibitori della PDE, ostacolare l'azione delle PDE, ostacolando il movimento del nematode e la sua capacità di percepire il cibo nel suo ambiente. La speranza è che l'applicazione di inibitori della PDE specifici dei nematodi nei campi agricoli possa impedire ai nematodi parassiti delle piante di infettare le radici delle piante.

In questo studio, i ricercatori hanno confrontato le reazioni di una PDE umana, in particolare la PDE4, con le reazioni del nematode PDE4 quando hanno applicato lo stesso inibitore della PDE a ciascun enzima. Hanno scoperto che in tutti i casi, gli inibitori della PDE che hanno testato hanno avuto meno successo nell'ostacolare l'attività dell'enzima nematode rispetto all'attività dell'enzima umano.

Ciò ha portato Vashisth e Mohammadi a studiare, a livello atomico, quali aminoacidi negli enzimi PDE4 sono responsabili di queste differenze farmacologiche. Hanno scoperto che alcuni amminoacidi e le differenze nella struttura complessiva dei due enzimi contribuiscono alla ridotta efficacia degli inibitori della PDE nel bloccare l'azione dell'enzima nematode. UNH ha depositato un brevetto per questa scoperta, che è disponibile per la licenza tramite UNHInnovation.

"Avendo dimostrato che le PDE dei nematodi differiscono significativamente nella loro sequenza e struttura, prevediamo di essere in grado di progettare nematocidi chimici che colpiscano selettivamente i nematodi parassiti delle piante. I nematocidi che prendono di mira le PDE dei nematodi avrebbero il vantaggio aggiuntivo di non intaccare le colture, poiché le piante mancano di PDE, ed essere rispettosi dell'ambiente per gli animali e gli esseri umani, " ha detto Schuster.

I ricercatori stanno ampliando il loro studio sugli effetti dell'applicazione degli inibitori della PDE ai nematodi viventi. "Riteniamo che alcune PDE dei nematodi possano controllare i processi fisiologici vitali necessari per trovare cibo o riproduzione, e che l'inibizione delle PDE dei nematodi può essere letale o causare sterilità. La direzione a lungo termine di questa ricerca è quella di utilizzare le conoscenze acquisite da questo studio per progettare nuovi composti che inibiscano selettivamente le PDE dei nematodi senza influenzare altre PDE animali, " ha detto Cote.

La ricerca è presentata in PLOS UNO in "Analisi farmacologiche e di dinamica molecolare delle differenze nel legame dell'inibitore alla PDE4 umana e nematodica:implicazioni per la gestione dei nematodi parassiti".