Сыр с плесенью-альбиносом раскрыл мутации в клетках грибов
Многие научные открытия провоцирует он, «cлучай, бог-изобретатель». Наблюдение за эволюцией в хранилище для созревания благородного сыра с плесенью оказалось именно таким событием для биолога Бенджамина Вульфа и его коллег.
В 2016 году Вульф уговорил своего коллегу Николаса Лоу съездить с ним на ферму Джаспер-Хилл в Вермонте, чтобы взять образцы особого сыра под названием Bayley Hazen Blue, который был связан для него с неким романтическим воспоминанием. Вульф даже хранил этот сыр в морозильной камере своей лаборатории. «Я известен тем, что не выбрасываю образцы без необходимости», — говорит он.
Но когда аспирант Лоу забрал последние образцы сыра Bayley Hazen Blue из специально оборудованной пещеры в Джаспер-Хилл — протяженных влажных помещений, построенных на склонах крутых холмов — он обнаружил, что сыр, ранее покрытый слоем зеленого грибка, теперь снаружи стал белым как мел.
Бенджамин Вульф решил, что это может быть примером эволюции, происходящей прямо на глазах. Все знают, что микроорганизмы эволюционируют. За примерами далеко ходить не надо — можно вспомнить изменения устойчивости патогенов к антибиотикам. Но пока еще никто воочию не наблюдал, как это происходит в определенном месте в течение долгого времени в естественных условиях. Вульф и его коллеги сообщили о своем открытии в журнале Current Biology.
Понимание того, как грибы адаптируются к различным условиям окружающей среды, может помочь человечеству в области продовольственной безопасности и здравоохранения. Примерно 20% основных сельскохозяйственных культур теряется до сбора урожая из-за грибковой гнили, и еще 20% портится грибками после сбора урожая, В результате мы имеем заплесневелый хлеб в хлебнице и гниющие фрукты на прилавках магазинов. Самая большая угроза глобальной продовольственной безопасности и здоровью — это процессы, вызванные плесневыми грибами. Понимание того, как контролировать эту проблему, является приоритетной задачей агрономов и биологов.
Когда сырные головы помещают для созревания в естественные или искусственные пещеры, на их поверхности образуется корка, состоящая из сообщества бактерий, дрожжей и нитчатых грибов (плесени). Эти дикие микроорганизмы попадают в сырные пещеры из почвы, растений и водной среды и в конечном итоге колонизируют их и адаптируются к местным условиям.
Что вызвало изменение цвета грибка Penicillium solitum на сырах из Джаспер-Хилл? Студент одного из лабораторных курсов Вульфа, посвященного микробиомам, нашел ответ. Джексон Ларли обнаружил, что изменение цвета было вызвано нарушением работы гена alb1.
Alb1 участвует в выработке меланина. Меланин можно представить себе как броню, которую организмы создают для защиты от ультрафиолетового излучения. Это проявляется в зеленом цвете, поглощающем ультрафиолет. Если грибы растут в темной пещере и могут обойтись без меланина, то имеет смысл избавиться от него, чтобы не тратить драгоценную энергию на его выработку. Прерывая этот путь и переходя от зеленого цвета к белому, грибы, по сути, экономят энергию для других нужд, необходимых для выживания и роста.
Это процесс, называемый «ослабленным отбором», когда исчезает стрессор окружающей среды, и организм может облегченно «выдохнуть». Он происходит со многими живыми существами, адаптирующимися к темноте, от мексиканских пещерных рыб до саламандр и некоторых насекомых. Это почти всегда приводит к потере пигментов и меланина. Некоторые существа слепнут, а затем у них повышается способность обнаруживать пищу и опасности другими способами.
Грибы дали лаборатории Вульфа возможность выявить генетические механизмы, приведшие к небольшому эволюционному изменению. Ученые обнаружили, что это было не просто разовой мутацией, неожиданно охватившей всю колонию. Изменение цвета произошло в результате множества независимых мутаций.
У некоторых грибов наблюдались точечные мутации — изменения одной пары оснований ДНК — в разных участках генома. У других наблюдалась крупная вставка ДНК, вызванная так называемым мобильным элементом. Мобильные элементы, ранее называвшиеся «прыгающими генами», выскакивают из одного участка генома и встраиваются в другой.
В данном случае мобильные элементы встраивались перед геном alb1, что нарушало его экспрессию и фактически блокировало его. Транспонированные элементы могут нанести серьезный вред, но в данном случае грибкам было выгодно отказаться от производства меланина, что дало им больше энергии для роста. Так появились белые головки сыра в пещере Джаспер-Хилл.
Грибы рода Aspergillus относятся к тому же семейству, что и Penicillium. Они встречаются в почве, на разлагающихся растениях, в домашней пыли и вентиляционных системах, а также в огромных количествах в воздухе. В большинстве случаев они безвредны, но некоторые штаммы могут вызывать тяжелые легочные инфекции. Понимание того, как организмы адаптируются к местным условиям и попадают в легочную среду, может помочь исследователям понять и предотвратить аспергиллезы.
В настоящее время лаборатория Вульфа в сотрудничестве с фермой Джаспер Хилл изучает еще одно преимущество эволюции и одомашнивания грибов — создание новых видов сыра с улучшенными внешним видом, вкусом и текстурой. Они заразили свежий сыр бри новой белой плесенью и дали ей вырасти и вызреть в течение двух месяцев.
В результате вкус сыра стал чуть более ореховым и менее резким. По мнению дегустационной комиссии, новый сыр обладает многообещающими характеристиками, которые будут доработаны в новых партиях сыра на ферме Джаспер-Хилл.
Наблюдение за тем, как дикая плесень развивается прямо на наших глазах в течение нескольких лет, дает нам надежду думать, что мы можем разработать процесс одомашнивания грибов, создать новое генетическое разнообразие и использовать его для сыроделия.Бенджамин Вульфбиолог.
О том, как смертоносный грибок Aspergillus flavus из гробницы Тутанхамона стал источником лекарства против рака, читайте в публикации Hi-Tech Mail.
