Rośliny wykształciły wyrafinowany wrodzony układ odpornościowy do obrony przed mikrobiologicznymi patogenami roślin1. Wyrażają one liczne kodowane genowo peptydy obronne gospodarza o przypuszczalnej aktywności przeciwdrobnoustrojowej2. Rzeczywiście, wiele z tych peptydów wykazuje aktywność przeciwdrobnoustrojową in vitro3. Defensyny stanowią jedną z największych grup peptydów obronnych gospodarza w królestwie roślin4. Te bogate w cysteinę, kationowe peptydy wykazują silne działanie hamujące wzrost przeciwko patogenom grzybów i lęgniowców w stężeniach mikromolowych i stanowią jedną z pierwszych linii obrony przed tymi patogenami5,6. Ze względu na ich silne działanie przeciwgrzybicze, defensyny mogą być wykorzystywane w zastosowaniach agrobiotechnologicznych do generowania upraw odpornych na choroby. Wykazano, że konstytutywna nadekspresja kilku defensyn roślinnych zwiększa odporność na choroby w testach szklarniowych i polowych upraw transgenicznych6. Ważne jest, aby rozwikłać mechanizmy działania (MOA) tych peptydów przeciwgrzybiczych, aby w pełni wykorzystać ich potencjał jako skutecznych narzędzi ochrony roślin. Jednak MOA tych defensyn roślinnych jest słabo poznany. Obecne dowody sugerują, że wykazują one różne MOA5,6,7,8. Niektóre defensyny działają zewnątrzkomórkowo na grzyby i celują w sfingolipidy rezydujące w ścianie komórkowej/błonie komórkowej, zaburzają integralność błony i aktywują szlaki toksyczności komórkowej9,10,11. Ostatnio jednak odkryto przeciwgrzybicze defensyny, które przemieszczają się do komórek grzybów12,13,14. Niektóre z tych defensyn wiążą się z bioaktywnymi fosfolipidami rezydującymi w błonie, tworzą kompleksy oligomeryczne i przenikają błony plazmatyczne15,16,17. W ten sposób wyjaśniono niektóre aspekty MOA defensyn roślinnych. Jednak MOA defensyn roślinnych prawdopodobnie wiąże się ze złożonym zestawem zdarzeń, które nie zostały jeszcze zidentyfikowane i zintegrowane w kompleksowy model. W szczególności pozostaje poważna luka w naszym zrozumieniu celów komórkowych tych peptydów.
Dzięki niedawnym postępom w technologiach mikroskopowych i rozwojowi nowych sond fluorescencyjnych, techniki obrazowania żywych komórek są obecnie często używane do badania MOA peptydów przeciwdrobnoustrojowych (AMP). Techniki te uzupełniają szeroko stosowane metody, takie jak immunolokalizacja, mikroskopia elektronowa, mikroskopia sił atomowych lub tomografia rentgenowska18, które były stosowane głównie do analizy wpływu peptydów przeciwgrzybiczych na morfologię i wzrost komórek grzybów, w tym do badania integralności ściany komórkowej, zmian we wzorcach wzrostu/rozgałęziania komórek, a także przenikania i zabijania błony plazmatycznej. Niemniej jednak badania te ograniczały się do obrazowania komórek w pewnym punkcie czasowym po leczeniu peptydami, zamiast wykonywania obrazowania poklatkowego na tych samych komórkach w celu monitorowania ich dynamicznych zmian w odpowiedzi na prowokację defensyną. W ostatnich latach zastosowanie znakowanych fluorescencyjnie peptydów w połączeniu z obrazowaniem żywych komórek za pomocą mikroskopii konfokalnej umożliwiło wizualizację w czasie rzeczywistym dynamiki interakcji AMP-mikroorganizmy. Zarówno naturalnie oczyszczone, jak i chemicznie syntetyzowane peptydy przeciwgrzybicze mogą być oznaczane znacznikami fluorescencyjnymi (np. barwnikami na bazie DyLight, rodaminy, BODIPY lub Alexa Fluor) i bezpośrednio obserwowane podczas ich interakcji z komórkami za pomocą poklatkowego obrazowania żywych komórek. Zastosowanie tych znakowanych peptydów znacznie poszerzyło naszą wiedzę na temat różnych aspektów ich MOA, w tym sposobu wnikania, lokalizacji subkomórkowej, transportu wewnątrzkomórkowego i miejsc działania przeciwgrzybiczego w żywych komórkach grzybów18.
Ostatnio, kilka badań wykazało, że różne peptydy przeciwgrzybicze, w tym defensyny roślinne, są internalizowane przez żywe komórki grzybów12,14,19,20. MOA tych defensyn prawdopodobnie wiąże się z interakcją z celami wewnątrzkomórkowymi. Niedawno informowaliśmy o przeciwgrzybiczym działaniu roślinnej defensyny MtDef4 u dwóch grzybów workowców, Neurospora crassa i Fusarium graminearum. Wykazano, że MtDef4 wykorzystuje różne szlaki do wnikania komórek grzybów i lokalizacji subkomórkowej u tych grzybów14. W badaniu tym wykorzystano chemicznie syntetyzowaną tetrametylo rodaminę (TAMRA) znakowaną MtDef4 w połączeniu z ważnymi barwnikami fluorescencyjnymi (barwnik selektywny membranowo, FM4-64; barwnik przepuszczalny przez błonę, SYTOX Green; barwnik reporterowy śmierci komórkowej, jodek propidyny) i inhibitorami metabolizmu. Analizy te wykazały kinetykę internalizacji MtDef4, jego mechanizmy transportu wewnątrzkomórkowego i jego cele subkomórkowe14.
Tutaj przedstawiono protokół obrazowania żywych komórek za pomocą mikroskopii konfokalnej. Protokół wykorzystuje znakowane fluorescencyjnie peptydy w połączeniu z ważnymi barwnikami fluorescencyjnymi do badania interakcji defensyna roślinna z grzybem, w szczególności szlaków translokacji i wewnątrzkomórkowych celów defensyn w komórkach grzybów.