Пептидные смеси из винных осадков подавили грибы — возбудители болезней винограда в лабораторных испытаниях

Исследователи получили из винных осадков — отложений на дне бродильных емкостей и бочек — смеси, богатые пептидами. Они проявили противогрибковую активность в отношении двух основных патогенов, связанных с болезнями многолетней древесины винограда, говорится в исследовании, опубликованном 12 августа в журнале Systems Microbiology and Biomanufacturing.

Работа одновременно затрагивает две давние проблемы виноградарства. Болезни многолетней древесины винограда относятся к числу наиболее опасных для виноградников, особенно молодых, а винные осадки — это значительный побочный продукт виноделия, который часто не находит применения. Исследование показывает, что материал, который обычно считают отходом, может стать сырьем для средств биологической защиты. Однако пока выводы основаны только на экспериментальных испытаниях, а валидированного коммерческого препарата для виноградников еще нет.

В исследовании изучали Phaeomoniella chlamydospora и Phaeoacremonium minimum — два гриба, тесно связанных с болезнью Петри. Эти организмы поражают древесину молодых лоз и могут вызывать потемнение древесины, отмирание тканей, полосатость листьев, замедление роста, увядание и, в тяжелых случаях, гибель растения. По словам исследователей, возможности эффективной химической защиты остаются ограниченными с тех пор, как из-за риска для здоровья людей запретили арсенит натрия, что усилило интерес к биологическим альтернативам.

По словам исследователей, винные осадки — второй по объему побочный продукт виноделия, на который приходится около 25% общего объема. В их состав входят мертвые и живые дрожжевые клетки, а также белки, пептиды, полисахариды, липиды и полифенолы. При этом состав осадков может сильно различаться в зависимости от сорта винограда, используемых штаммов дрожжей и процесса брожения. Поэтому исследователи сделали контроль состава одной из центральных задач работы, а не второстепенным вопросом.

Для получения противогрибковых смесей команда разработала многоэтапный биопроцесс. Сначала проводили контролируемое брожение с использованием монокультур Saccharomyces и последовательного внесения штаммов non-Saccharomyces. Затем полученные осадки подвергали автолизу с применением ультразвука, ферментативному гидролизу и ультрафильтрации с порогом 3 килодальтона. Задача состояла в том, чтобы расщепить материал дрожжевого происхождения на более мелкие фракции, которые затем можно было проверить на биологическую активность.

Результаты показали явную разницу между необработанными и обработанными фракциями. Автолизаты с высокой молекулярной массой не подавляли рост грибов. Напротив, фракции, полученные после гидролиза, снижали рост мицелия Phaeoacremonium minimum на 45–75%, а Phaeomoniella chlamydospora — на 40–57%. Они также сокращали образование конидий у одного патогена на величину до 92%, а у другого — на 61%. Это указывает на воздействие не только на рост, но и на способность грибов к размножению.

Положительные результаты показали и испытания на растениях. В этих тестах фракции уменьшали симптомы потемнения древесины на 47–52% в одной серии измерений и на 35–73% — в другой. Кроме того, рост эндофитных грибов снижался на 63–84% и 80–91% в зависимости от патогена и исследуемой фракции. По словам исследователей, такая картина указывает на важную роль гидролиза: противогрибковая активность может появляться при расщеплении дрожжевых белков на более мелкие пептиды.

Исследование также изучало химические причины этих различий. С помощью нетаргетной метаболомики с использованием UHPLC-ESI-TIMS-QTOF команда выявила химические профили, зависящие от штамма и условий брожения, и обнаружила 448 признаков, различавшихся в разных условиях ферментации. Второй метод, описанный как корреляционная идентификация профилей на основе активности, позволил выявить 49 предполагаемых биомаркеров, отрицательно связанных с ростом патогенов. По словам исследователей, эти соединения могут помочь определить молекулы, обусловливающие противогрибковый эффект, и дать ориентиры для будущей разработки процесса.

Одним из главных выводов стало то, что брожение, по-видимому, служит этапом контроля качества на ранней стадии процесса. Тщательно подбирая штаммы дрожжей и последовательность их внесения, производители могут влиять на состав фракций, получаемых из осадков, и, возможно, направлять процесс на получение более высокой противогрибковой активности. На практике это означает, что решения, касающиеся брожения и влияющие на производство вина, могут также определять ценность остающихся побочных продуктов.

Эта связь важна не только для фитопатологии. Для виноделен и всей индустрии напитков исследование указывает на возможный способ превратить проблему утилизации в полезный ресурс для сельского хозяйства. Если эффективность подхода подтвердится в более масштабных испытаниях, он может связать переработку отходов виноделия с новыми способами защиты виноградников и обеспечить применение принципов циклической экономики к побочному продукту, который уже образуется в больших объемах.

Исследователи подчеркивают, что не делают выводов, выходящих за рамки полученных данных. Результаты были установлены в лабораторных тестах и экспериментальных испытаниях на растениях, а не в масштабных полевых исследованиях на коммерческих виноградниках. Поэтому остаются важные вопросы о стабильности результатов, стоимости, способах применения, регуляторном одобрении и эффективности в реальных условиях выращивания, где на развитие болезни могут влиять погода, возраст лоз, почва и сочетанные инфекции.

Тем не менее исследование предлагает четкий план дальнейшей разработки. Вместо того чтобы считать винные осадки нестабильным остатком с низкой ценностью, авторы рассматривают их как сырье, поддающееся переработке, биологическую активность которого можно регулировать с помощью выбора условий брожения, ферментативной обработки и этапов разделения. Для отрасли, сталкивающейся одновременно с болезнями виноградников и проблемой побочных продуктов, это может сделать винные осадки более важным объектом будущих исследований в области защиты растений.