Грибок Aspergillus fumigatus полностью перетасовывает свой геном после одного акта полового размножения
Исследователи из Вагенингенского университета (WUR) обнаружили, что Aspergillus fumigatus производит больше мейотических кроссинговеров, чем любой другой организм. Это означает, что грибок может сформировать свой сложный механизм устойчивости уже после одного цикла полового размножения. Открытие указывает на возможную причину быстрого распространения трудноизлечимых грибковых инфекций.
Это также затрудняет определение источника заражения устойчивым грибком. Результаты исследования WUR опубликованы в статье в PLoS Biology, соавторами которой выступили учёные из Имперского колледжа Лондона и Ноттингемского университета.
Aspergillus fumigatus широко распространён в окружающей среде. Мы ежедневно вдыхаем его споры. Для здоровых людей это не проблема, но для тяжелобольных пациентов он может быть опасен, говорит Эвелин Снелдерс, доцент Лаборатории генетики.
«Например, он представляет риск для людей в отделении интенсивной терапии, получающих химиотерапию или перенёсших трансплантацию органов. Инфекции, вызванные Aspergillus fumigatus, лечат азолами — противогрибковыми средствами. Проблема в том, что грибок всё чаще проявляет устойчивость к этому лечению, что может быть фатальным для пациентов».
Очаги возникновения устойчивости
Одной из причин развития механизма устойчивости у грибка считается частое использование азолов в сельском хозяйстве, говорит Снелдерс.
«Фермеры и садоводы могут не использовать азолы специально против Aspergillus fumigatus, но применяют их для борьбы с другими грибками. Воздействие азолов позволило Aspergillus fumigatus развить механизм устойчивости. Компостные кучи, где грибок естественным образом процветает, являются особыми очагами отбора на устойчивость. И это в конечном итоге проникает в больницы. Даже пациенты, которых никогда не лечили азолом, уже могут быть носителями устойчивого грибка».
Сложность отслеживания происхождения
Когда пациент инфицирован устойчивым к азолам Aspergillus fumigatus, сложность заключается в попытке выяснить точное происхождение грибка, отмечает Снелдерс.
«В рамках нового исследования мы изучаем инфицированных пациентов в двух разных больницах Нидерландов и присутствие грибка на ферме в провинции Северная Голландия. Логично было бы ожидать, что изоляты [грибковые колонии] в ближайшей больнице будут генетически гораздо ближе к тем, что на ферме. Ведь она расположена намного ближе. Но, похоже, это не так».
Рекордное количество кроссинговеров
В каждой из двух больниц есть изоляты, которые имеют много генетических отличий от грибка с фермы, но также и много сходств. Это может быть связано с половым размножением грибка, которое Снелдерс и её коллеги исследовали в своей статье для PLoS Biology.
«Мы сосредоточились на количестве кроссинговеров на хромосому. У человека их в среднем три-четыре. Это приводит к тому, что комбинации генов от каждого из родителей остаются сильно сцепленными. Но у Aspergillus fumigatus мы обнаружили до 30 кроссинговеров. Это самое высокое число, когда-либо обнаруженное у организма».
Полная перетасовка после одного акта размножения
Это означает, что один акт полового размножения приводит к «полной перетасовке» генома — генетического состава организма. «Это вызывает огромное разнообразие в популяции даже в относительно ограниченной среде», — говорит Снелдерс.
«Это очень затрудняет определение пути передачи инфекции из окружающей среды к пациенту. Грибок также может эффективно размножаться как бесполым, так и половым путём. Таким образом, вы можете одновременно обнаружить грибок с идентичными геномами в изолятах, находящихся на расстоянии тысяч километров друг от друга. Это делает отслеживание передачи этого грибка очень сложной задачей».
Объединение двух мутаций
Результаты исследования позволили учёным больше узнать о происхождении и эффективном распространении механизма устойчивости, состоящего из двух мутаций в одном и том же гене, говорит Снелдерс.
«Мы всегда думали, что половое размножение не может играть в этом важной роли, потому что при обычном мейозе [делении клетки] эти две мутации устойчивости не могут быть объединены. Это связано с тем, что мутации в гене на хромосоме находятся очень близко друг к другу. Но теперь мы знаем, что организм — в данном случае Aspergillus fumigatus — действительно может передать этот механизм устойчивости в рамках одного акта полового размножения благодаря высокому числу кроссинговеров».
Гражданский научный проект о распространении в Нидерландах
Этой осенью исследователи WUR попытаются лучше понять, как распространяется грибок, запустив гражданский научный проект: Schimmelradar, или «Грибной радар».
«С помощью широкой публики мы в течение месяца будем брать образцы грибка по всей Нидерландам с помощью пластиковых ловушек для насекомых», — говорит Снелдерс. «Они содержат липкую ленту, к которой прилипает грибок. Участники вернут нам полоски, а затем мы вырастим грибок в нашей лаборатории. Это позволит нам увидеть, есть ли районы, где Aspergillus fumigatus встречается чаще или реже, и какой процент грибка имеет механизм устойчивости».