Биолог Пол Роули раскрывает секреты дрожжей-убийц и умных фунгицидов

Любители хорошей еды и питья повсюду удивятся, узнав, что Saccharomyces cerevisiae - вид дрожжей, который допускает восхитительное брожение, которое содержится в наших любимых продуктовых группах пива, хлеба и вина, - хронически заражен вирусами. Много их. На самом деле, даже некоторые ученые-исследователи, которые посвятили свою карьеру изучению этого организма, не замечают этого факта, говорит Пол Роули, эксперт по дрожжевым вирусам и доцент Университета Айдахо.

«В любой клетке может быть до девяти различных типов вирусов, заражающих клетку», - говорит он. обратный.

Это удивительно, но не о чем беспокоиться. Ваше пиво в безопасности, а дрожжи на самом деле не болеют. Так мало людей обращают внимание на эти вирусы, потому что в большинстве случаев они не так уж много делают. В отличие от вирусов, к которым мы более привыкли, они не размножаются внутри клетки, пока она не лопнет и не умрет, что позволит им перейти к новым хозяевам. Вместо этого они распространяются через клеточный пол - когда две гаплоидные дрожжевые клетки объединяются в одну. Вирусы преуспевают, когда их хозяева преуспевают, поэтому характеристики, которые могли бы повредить среду хозяина, не находятся в их эволюционном развитии. Это супер распространенные и почти полностью доброкачественные ЗППП в мире дрожжей - как герпес, если герпес иногда не прорывается в зудящие язвы и смертельные раки.

Вот поворот: в очень специфических обстоятельствах вирусы превращаются из доброкачественных в полезные, выделяя токсины, которые безвредны для зараженного хозяина, но смертельны для некоторых других дрожжей и грибков, превращая клетку хозяина в так называемых «дрожжей-убийц». Убирая конкуренцию, вирус помогает себе - и, следовательно, самому себе - добиться успеха.

Это странное явление, которое еще не совсем понято учеными. Но если бы мы могли раскрыть секреты этих дрожжевых дрожжевых систем, это могло бы изменить мир, говорит Роули.

«Мы, по сути, на короткое время« победили »бактерии с помощью антибиотиков; мы никогда не избивали грибов, - говорит Роули. - Они всегда были там, и они всегда были повсеместны в своих атаках на наши посевы и наши средства к существованию. Миллиарды долларов урожая теряются каждый год из-за грибковой инфекции перед сбором урожая или порчи после сбора урожая ».

Исходя из природных токсинов, вырабатываемых этими смертоносными дрожжами, может быть возможно вырабатывать пенициллин из грибкового мира, только лучше. Вместо того, чтобы уничтожать все виды грибков в окружающей среде, эти токсины теоретически могут быть разработаны специально для целевого воздействия на организм, вызывая проблемы, при этом микробы, способствующие здоровой экосистеме, не пострадают.

Представьте себе эффективное и целенаправленное оружие против гнили картофеля, которая распространяла голод в Европе в 19-м веке, или каштана, который убил американский каштан почти до исчезновения в 20-м веке. В наши дни грибковые заболевания широко распространились в животном мире, угрожая пчелам, летучим мышам и амфибиям во многих частях мира самим их существованием. Последствия этих потерь для экосистем, продовольствия и здоровья человека огромны.

По его словам, мечта об умных фунгицидах, направленных против этих угроз, может быть достигнута при жизни Роули. Но сначала ученые должны провести такие базовые эксперименты, которые приведут к лучшему пониманию того, как работают убийственные дрожжи. Отличительной чертой этих токсинов является то, что они основаны на белках, что означает, что все приемы генной инженерии могут использоваться для манипулирования ими и их адаптации - серьезное преимущество.

Но впереди долгий путь. Вот как узкие обстоятельства требуются, чтобы дрожжи-убийцы продемонстрировали свою убийственную характеристику. Требуются дрожжи, зараженные определенным вирусом, а затем этот вирус сам должен быть заражен определенным сателлитным вирусом. Это - спутниковый вирус, который производит токсин, и без всех этих частей в порядке, у Вас не будет убийственных дрожжей.

Чтобы иметь убийственные дрожжи, у вас также должна быть вещь, которую нужно убить. Данный токсин будет действовать только на определенные организмы - иногда даже внутри одного и того же вида только определенные штаммы будут уязвимы для данной системы дрожжей-убийц, и ученые пока не уверены, почему это так, или как отличить чувствительные штаммы от неуязвимым.

Теперь, если у вас есть правильные дрожжи-убийцы и правильные целевые дрожжи, ничего не произойдет, если у вас не будет подходящих условий окружающей среды; токсины работают только в узком диапазоне pH и температуры.

Но, если вы все понимаете правильно, волшебство происходит. Роули демонстрирует это студентам и всему миру, покрывая чашку Петри тонким слоем дрожжевого штамма, чувствительного к токсину. Сверху он рисует штамм дрожжей-убийц, скажем, в классической икосаэдрической форме вирусного капсида. По мере развития культуры, дрожжи-убийцы должны преуспевать и препятствовать росту в близлежащих районах. Среда окрашена метиленовым синим и концентрируется в областях гибели клеток, показывая на четкой картинке подпись убийцы.

«Мне это нравится», - говорит Роули. «Часто ученые не могут по-настоящему показать в красивой графике, что они делают. Это всегда гели, бесцветные жидкости и тому подобное. Но на самом деле это прекрасный анализ на пластинке, который мы можем использовать для изучения взаимодействия между вирусом и хозяином ».

Это забавная наука, но однажды она может привести к революции в управлении сельским хозяйством и окружающей средой. В будущем мы, люди, могли бы даже преодолеть свою одержимость стерилизацией и контролем и вместо этого предпочесть пригласить микробный мир, вооруженный хорошими инструментами против злобных злоумышленников.

«Грибы и бактерии всегда найдут способы стать резистентными; это просто факт », - говорит Роули. «Есть много способов, которыми грибы могут стать устойчивыми к этим токсинам. Но вопрос в том, что если мы поймем, что это за механизмы, то мы тоже сможем с ними бороться. Мы можем быть умными в том, как мы это делаем ».