Biolog Paul Rowley odkrywa tajemnice zabójczych drożdży i inteligentnych środków grzybobójczych

Miłośnicy dobrego jedzenia i picia wszędzie będą zaskoczeni, że się tego dowiedzą Saccharomyces cerevisiae - gatunek drożdży, który pozwala na pyszną fermentację znajdowaną w naszych ulubionych grupach piwa, chleba i wina - jest chronicznie zainfekowany wirusami. Wiele z nich. W rzeczywistości nawet niektórzy naukowcy, którzy spędzili karierę studiując ten organizm, nie zdają sobie z tego sprawy - mówi Paul Rowley, ekspert od wirusów drożdży i profesor z University of Idaho.

„W każdej jednej komórce można zainfekować komórkę nawet dziewięcioma różnymi typami wirusów” - mówi Odwrotność.

To zaskakujące, ale nie ma się czym martwić. Twoje piwo jest bezpieczne, a drożdże nie są naprawdę chore. Tak niewielu ludzi zwraca uwagę na te wirusy, ponieważ w większości warunków nie robią tego zbyt wiele. W przeciwieństwie do wirusów, do których jesteśmy bardziej przyzwyczajeni, nie odtwarzają się one w komórce, dopóki nie pękną i nie umrą, co pozwoli im przejść do nowych hostów. Zamiast tego rozprzestrzeniają się poprzez seks komórkowy - kiedy dwie haploidalne komórki drożdży łączą się w jedno. Wirusy radzą sobie dobrze, gdy ich gospodarze robią dobrze, więc cechy, które mogłyby zaszkodzić środowisku gospodarza, nie są w ich ewolucji. Są to bardzo powszechne i prawie całkowicie łagodne choroby przenoszone drogą płciową w świecie drożdży - jak opryszczka, jeśli opryszczka czasami nie wylewa się w swędzące rany i śmiertelne nowotwory.

Oto zwrot akcji: w bardzo specyficznych okolicznościach wirusy przechodzą z łagodnych w pomocne, emitując toksyny, które są nieszkodliwe dla zainfekowanego gospodarza, ale śmiertelnie dla niektórych innych drożdży i grzybów, zamieniając komórkę gospodarza w tak zwane „drożdże zabójcze. ”Usuwając konkurencję, wirus pomaga sobie - a zatem samemu - odnieść sukces.

To dziwne zjawisko, które nie jest jeszcze w pełni zrozumiałe dla naukowców. Ale jeśli uda nam się odblokować sekrety tych zabójczych systemów drożdżowych, może to zmienić świat, mówi Rowley.

„Zasadniczo„ bijemy ”bakterie, naprawdę, przez krótki czas, antybiotykami; nigdy nie pokonaliśmy grzybów, ”mówi Rowley„ Zawsze tam byli i zawsze byli wszechobecni w ataku na nasze uprawy i nasze źródła utrzymania. Miliardy dolarów upraw są tracone każdego roku z powodu zarażenia grzybami przed zbiorami lub zepsucia po zbiorach ”.

Zaczynając od naturalnie występujących toksyn wytwarzanych przez te zabójcze drożdże, możliwe jest rozwinięcie penicyliny w świecie grzybów, tylko lepiej. Zamiast likwidować wszystkie rodzaje grzybów w środowisku, te toksyny mogą być teoretycznie zaprojektowane tak, aby bardzo precyzyjnie atakować organizmy powodujące problemy, pozostawiając mikroby przyczyniając się do zdrowego ekosystemu bez szwanku.

Wyobraź sobie skuteczną i ukierunkowaną broń przeciwko zarazie ziemniaka, która rozprzestrzeniła głód w Europie w XIX wieku, lub zaraza kasztanowa, która zabiła amerykańskie kasztanowce do niemal całkowitego wyginięcia w XX wieku. W dzisiejszych czasach choroba grzybowa rozprzestrzeniła się w królestwie zwierząt w znacznym stopniu, grożąc pszczołom, nietoperzom i płazom w wielu częściach świata swoim istnieniem. Konsekwencje tych ekosystemów, dostaw żywności i zdrowia ludzkiego są ogromne.

Marzenie o inteligentnych fungicydach skierowanych przeciwko tym zagrożeniom można osiągnąć za życia Rowleya, mówi. Najpierw jednak naukowcy muszą przeprowadzić podstawowe eksperymenty, które pozwolą lepiej zrozumieć, jak działają zabójcze drożdże. Genialną cechą tych toksyn jest to, że są one oparte na białkach, co oznacza, że ​​wszystkie sztuczki inżynierii genetycznej można wykorzystać do manipulowania nimi i ich adaptacji - co stanowi poważną zaletę.

Ale przed nami długa droga. Oto, jak wąski jest zestaw okoliczności, aby zabójcze drożdże wykazywały swoją zabójczą charakterystykę. Potrzeba drożdży, które są zainfekowane określonym wirusem, a następnie ten wirus musi zostać zainfekowany pewnym wirusem satelitarnym. To wirus satelitarny produkuje toksynę i bez tych wszystkich elementów nie masz drożdży zabójczych.

Aby mieć drożdże zabójcze, musisz mieć coś do zabicia. Dana toksyna działa tylko na określone organizmy - czasami nawet w obrębie tego samego gatunku tylko niektóre szczepy będą podatne na dany system drożdży zabójców, a naukowcy nie są jeszcze pewni, dlaczego tak jest, ani jak odróżnić wrażliwe szczepy od niewrażliwy.

Teraz, jeśli masz odpowiednie drożdże zabójcze i właściwe drożdże docelowe, nic się nie stanie, jeśli nie będziesz mieć odpowiednich warunków środowiskowych; toksyny działają tylko w wąskim zakresie pH i temperatury.

Ale jeśli wszystko to dobrze, magia się zdarza. Rowley demonstruje to uczniom i całemu światu, pokrywając szalkę Petriego cienką warstwą szczepu drożdży, który jest wrażliwy na toksynę. Na górze maluje szczep drożdży zabójczych w, powiedzmy, klasycznym, dwudziestościennym kształcie kapsydu wirusowego. W miarę rozwoju kultury drożdże zabójcze powinny dobrze radzić sobie i hamować wzrost w pobliskich obszarach. Medium jest barwione błękitem metylenowym i koncentruje się w obszarach śmierci komórki, pokazując wyraźny obraz zabójcy.

„Uwielbiam to”, mówi Rowley. „Często naukowcy nie potrafią naprawdę pokazać, w ładnej grafice, co robią. To zawsze żele i bezbarwne płyny i takie tam. Jest to jednak piękny test oparty na płytkach, który możemy wykorzystać do sprawdzenia interakcji między wirusem a gospodarzem ”.

To zabawna nauka, ale pewnego dnia może również doprowadzić do rewolucji w zarządzaniu rolnictwem i środowiskiem. W przyszłości my, ludzie, możemy nawet pokonać ich obsesję sterylizacji i kontroli, zamiast tego zaprosić świat drobnoustrojów do środka, uzbrojony w dobre narzędzia przeciwko wstrętnym intruzom.

„Grzyby i bakterie zawsze znajdą sposoby, by stać się odpornymi; to tylko fakt - mówi Rowley. „Istnieje wiele sposobów, dzięki którym grzyby mogą stać się odporne na te toksyny. Ale pytanie brzmi: jeśli zrozumiemy, czym są te mechanizmy, możemy je zwalczać. Możemy być mądrzy, jak to robimy. ”