Nowe badanie naukowc\u00f3w z Christian-Albrechts-Universit\u00e4t zu Kiel oraz Max-Planck-Institut f\u00fcr Evolutionsbiologie pokazuje, \u017ce bardziej wydajna produkcja bia\u0142ek mo\u017ce sprzyja\u0107 adaptacji grzyb\u00f3w do organizmu cz\u0142owieka i przekszta\u0142caniu wcze\u015bniej nieszkodliwych gatunk\u00f3w w nowe patogeny<\/p>\n
W warunkach globalnych przemian \u015brodowiskowych, w tym rosn\u0105cych temperatur, obserwuje si\u0119 na \u015bwiecie wyra\u017any wzrost liczby infekcji grzybiczych. Zjawisko to stanowi powa\u017cne zagro\u017cenie nie tylko dla upraw rolnych i dzikich zwierz\u0105t, lecz coraz cz\u0119\u015bciej tak\u017ce dla zdrowia ludzi. Wiele gatunk\u00f3w grzyb\u00f3w pozostaje ca\u0142kowicie nieszkodliwych i pe\u0142ni istotne funkcje ekologiczne, takie jak rozk\u0142ad materii organicznej oraz uwalnianie sk\u0142adnik\u00f3w od\u017cywczych do gleby. Jako symbionty organizm\u00f3w wielokom\u00f3rkowych mog\u0105 r\u00f3wnie\u017c wspiera\u0107 gospodarza w r\u00f3\u017cnych procesach biologicznych.<\/p>\n
Z drugiej strony istniej\u0105 gatunki okre\u015blane jako oportunistyczne patogeny cz\u0142owieka. W sprzyjaj\u0105cych warunkach, szczeg\u00f3lnie u os\u00f3b z os\u0142abionym uk\u0142adem odporno\u015bciowym, mog\u0105 one kolonizowa\u0107 organizm i wywo\u0142ywa\u0107 ci\u0119\u017ckie, a niekiedy zagra\u017caj\u0105ce \u017cyciu infekcje.<\/p>\n
Cho\u0107 grzyby s\u0105 od wielu lat intensywnie badane jako patogeny ro\u015blin \u2013 mi\u0119dzy innymi na Christian-Albrechts-Universit\u00e4t zu Kiel (CAU) oraz w Max-Planck-Institut f\u00fcr Evolutionsbiologie w Pl\u00f6n (MPI-EvolBio) \u2013 w ostatnich latach coraz wi\u0119ksz\u0105 uwag\u0119 naukowc\u00f3w przyci\u0105ga ich potencja\u0142 chorobotw\u00f3rczy wobec ludzi. Zesp\u00f3\u0142 badawczy kierowany przez profesor Ev\u0119 Stukenbrock, liderk\u0119 grupy Environmental Genomics w CAU i MPI-EvolBio, przeanalizowa\u0142 w nowym badaniu mechanizmy, kt\u00f3re mog\u0105 sprzyja\u0107 przekszta\u0142caniu niekt\u00f3rych grzyb\u00f3w w patogeny cz\u0142owieka w warunkach globalnych zmian \u015brodowiskowych.<\/p>\n
W tym celu badacze przeanalizowali r\u00f3\u017cne gatunki grzyb\u00f3w nale\u017c\u0105cych do rz\u0119du Trichosporonales, obejmuj\u0105cego zar\u00f3wno gatunki nieszkodliwe, jak i potencjalnie chorobotw\u00f3rcze dla cz\u0142owieka.<\/p>\n
Por\u00f3wnanie genom\u00f3w grzyb\u00f3w \u015brodowiskowych i patogennych<\/strong><\/p>\n Analiza por\u00f3wnawcza genom\u00f3w grzyb\u00f3w \u015brodowiskowych, typowo wyst\u0119puj\u0105cych w glebie, oraz gatunk\u00f3w zdolnych do \u017cycia w organizmach ssak\u00f3w wykaza\u0142a zaskakuj\u0105cy wniosek. R\u00f3\u017cnice pomi\u0119dzy nimi nie dotycz\u0105 przede wszystkim samego zestawu gen\u00f3w, lecz sposobu i efektywno\u015bci wykorzystywania informacji genetycznej do syntezy bia\u0142ek.<\/p>\n Okaza\u0142o si\u0119, \u017ce grzyby patogenne rozwin\u0119\u0142y strategi\u0119 optymalizacji metabolizmu lipid\u00f3w. W przeciwie\u0144stwie do swoich krewnych \u017cyj\u0105cych w glebie, kt\u00f3re wyspecjalizowa\u0142y si\u0119 w metabolizmie zwi\u0105zk\u00f3w w\u0119gla, gatunki zdolne do kolonizacji organizm\u00f3w ssak\u00f3w przystosowa\u0142y si\u0119 do \u015brodowiska bogatego w t\u0142uszcze. Adaptacja ta umo\u017cliwia im szybsze dostosowanie si\u0119 do nowych warunk\u00f3w \u015brodowiskowych i potencjalnie u\u0142atwia przej\u015bcie do patogennego trybu \u017cycia.<\/p>\n Poniewa\u017c og\u00f3lna struktura genom\u00f3w obu grup pozostaje bardzo podobna, sugeruje to, \u017ce ryzyko przekszta\u0142cania si\u0119 dotychczas nieszkodliwych grzyb\u00f3w w patogeny cz\u0142owieka mo\u017ce by\u0107 wi\u0119ksze, ni\u017c dotychczas przypuszczano. Wyniki bada\u0144 o szczeg\u00f3lnym znaczeniu dla zdrowia publicznego zosta\u0142y opublikowane w czasopi\u015bmie Nature Communications<\/strong> we wsp\u00f3\u0142pracy z naukowcami z Braunschweig, Bochum oraz Illinois.<\/p>\n Bardziej wydajna produkcja bia\u0142ek jako klucz do adaptacji<\/strong><\/p>\n Punktem wyj\u015bcia badania by\u0142a por\u00f3wnawcza analiza genomowa blisko spokrewnionych gatunk\u00f3w grzyb\u00f3w. Naukowcy pocz\u0105tkowo zak\u0142adali, \u017ce gatunki chorobotw\u00f3rcze b\u0119d\u0105 posiada\u0142y charakterystyczne geny wirulencji odpowiedzialne za produkcj\u0119 toksyn, uszkadzanie kom\u00f3rek gospodarza lub modulowanie odpowiedzi immunologicznej.<\/p>\n Jak wyja\u015bnia pierwszy autor pracy, dr Marco Guerreiro z zespo\u0142u Evy Stukenbrock, wyniki okaza\u0142y si\u0119 jednak inne ni\u017c oczekiwano.<\/p>\n Patogenne i nieszkodliwe gatunki grzyb\u00f3w wykazywa\u0142y bowiem bardzo du\u017ce podobie\u0144stwo pod wzgl\u0119dem zestawu gen\u00f3w. Kluczowa r\u00f3\u017cnica dotyczy\u0142a nie tego, jakie geny posiadaj\u0105, lecz tego, jak efektywnie s\u0105 one wykorzystywane w procesie syntezy bia\u0142ek.<\/p>\n Grzyby patogenne rozwin\u0119\u0142y mechanizm umo\u017cliwiaj\u0105cy szybsz\u0105 produkcj\u0119 bia\u0142ek uczestnicz\u0105cych w metabolizmie lipid\u00f3w. Adaptacja ta ma fundamentalne znaczenie, poniewa\u017c lipidy s\u0105 powszechnie dost\u0119pne w organizmach ssak\u00f3w, natomiast w \u015brodowisku naturalnym wyst\u0119puj\u0105 stosunkowo rzadko. Dzi\u0119ki temu patogenne grzyby mog\u0105 szybko przystosowa\u0107 si\u0119 do warunk\u00f3w panuj\u0105cych w organizmie cz\u0142owieka i efektywnie si\u0119 w nim rozwija\u0107.<\/p>\n Mechanizm molekularny: optymalizacja translacji<\/strong><\/p>\n Mechanizm ten zwi\u0105zany jest z p\u00f3\u017anym etapem ekspresji gen\u00f3w \u2013 procesem translacji, w kt\u00f3rym aminokwasy \u0142\u0105czone s\u0105 w \u0142a\u0144cuchy bia\u0142kowe. Tempo translacji zale\u017cy od dopasowania pomi\u0119dzy kodonami w cz\u0105steczkach mRNA a odpowiadaj\u0105cymi im cz\u0105steczkami tRNA.<\/p>\n W przypadku grzyb\u00f3w patogennych dopasowanie to jest wyj\u0105tkowo wysokie. Ewolucja adaptacyjna mog\u0142a doprowadzi\u0107 do zmian zar\u00f3wno w sekwencjach kodon\u00f3w, jak i w repertuarze cz\u0105steczek tRNA, co zwi\u0119kszy\u0142o wydajno\u015b\u0107 produkcji bia\u0142ek zwi\u0105zanych z metabolizmem lipid\u00f3w. Taka optymalizacja molekularna znacz\u0105co u\u0142atwia przystosowanie grzyb\u00f3w do warunk\u00f3w panuj\u0105cych w organizmie cz\u0142owieka.<\/p>\n Potwierdzenie mechanizmu w badaniach laboratoryjnych<\/strong><\/p>\n Badacze potwierdzili znaczenie tej adaptacji r\u00f3wnie\u017c w warunkach eksperymentalnych. W do\u015bwiadczeniach laboratoryjnych grzyby posiadaj\u0105ce geny zoptymalizowane pod k\u0105tem metabolizmu lipid\u00f3w znacznie szybciej przystosowywa\u0142y si\u0119 do \u015brodowiska bogatego w t\u0142uszcze i wykazywa\u0142y wyra\u017anie lepszy wzrost.<\/p>\n Wyniki te wskazuj\u0105, \u017ce zdolno\u015b\u0107 do efektywnego wykorzystania lipid\u00f3w stanowi wa\u017cny czynnik umo\u017cliwiaj\u0105cy grzybom kolonizacj\u0119 organizmu ssak\u00f3w. W przeciwie\u0144stwie do nich grzyby \u015brodowiskowe, przystosowane do \u015brodowisk bogatych w zwi\u0105zki w\u0119gla, wykazuj\u0105 znacznie s\u0142absz\u0105 zdolno\u015b\u0107 adaptacji do takich warunk\u00f3w.<\/p>\n