Маленькие и невероятно устойчивые — секреты черных грибов

Черные грибы — настоящие чемпионы среди микроорганизмов, обладающие высокой устойчивостью к стрессам. При поддержке Австрийского научного фонда FWF венская исследовательская группа обнаружила, что эти качества грибов обусловлены ранее неизвестными белками и особыми процессами на клеточном уровне.

Они — настоящие мастера выживания, одинаково хорошо переносящие холод и жару. Независимо от уровня кислорода, влажности, солености, сухости или загрязнения почв, черные грибы сохраняют жизнеспособность даже в самых неблагоприятных условиях.

«К нашему большому удивлению, грибы почти не проявляют стрессового ответа. Это означает, что что-то в их структуре делает их изначально устойчивыми к стрессу», — отмечает Катя Штерфлингер. При поддержке FWF микробиолог использовала климатическую камеру для моделирования различных стрессовых ситуаций, с которыми грибы сталкиваются в экстремальных регионах, таких как Арктика или пустыни. Она наблюдала, как клетки грибов, точнее их белки, реагируют на холод, жару, озон или засуху.

Уникальный «белковый инструмент»

Катя Штерфлингер возглавляет «Центр экстремофилов» в Венском институте биотехнологий (VIBT) Университета природных ресурсов и наук о жизни. Специально построенные климатические камеры и использование передовых технологий секвенирования впервые позволили идентифицировать белки черных грибов. «Это было очень сложно, потому что они не похожи и даже несравнимы ни с чем, что мы видели до сих пор», — отмечает Штерфлингер.

Исследователи выяснили, что «микроколониальные грибы» обладают уникальной белковой системой, позволяющей им расти как при 0°C, так и при 45°C. Микробы даже пережили смоделированное путешествие на Марс. Для этого им требуется лишь незначительная молекулярная корректировка. «В зависимости от того, жарко или холодно, грибы немного изменяются. Но это всего лишь тонкая настройка», — поясняет Катя Штерфлингер. Это очень умный ход со стороны грибов, поскольку любые радикальные изменения потребляли бы энергию. В этом нет необходимости, поэтому они остаются активными даже в бедных питательными веществами средах, таких как ледники или камни.

Понимание клеточных процессов

На следующем этапе команда Штерфлингер сопоставила данные о белках с данными транскриптома, то есть проанализировала последовательность клеточных процессов. Исследователи обнаружили, что клеточный секрет, по-видимому, связан не столько с белками, сколько с некодирующей РНК (рибонуклеиновой кислотой). Эти молекулы активны в клетке, не транслируясь в белки. Хотя их биологические функции долгое время оставались неопределенными, теперь известно, что они играют важную роль в регуляции различных клеточных процессов. Ведь только два процента активно считываемого генетического материала транслируется в белки.

Исключительный талант «Exophiala dermatitidis»

Среди сотен штаммов грибов, исследованных венскими учеными на сегодняшний день, «Exophiala dermatitidis» оказался особенно универсальным экстремофилом. Этот микрогриб, также известный как «черные дрожжи», встречается во всех температурных диапазонах — от холодных до теплых — и выдерживает практически все. «Он растет на ледниках так же, как в саунах и, к сожалению, в наших посудомоечных машинах. И он обладает неприятным свойством быть патогеном для человека», — объясняет Катя Штерфлингер.

Это отрицательная сторона гриба. С положительной стороны, он обладает оптимальной способностью разлагать углеводороды, то есть токсины. Это качество побудило микробиологов из «Центра экстремофилов» начать второй проект, финансируемый FWF, в котором они проанализировали более 200 черных дрожжей в поисках биологического «очистителя» для выхлопных газов и загрязненных почв. Помимо «Exophiala», они нашли только один другой гриб со способностью разлагать экологические токсины. К сожалению, этот второй вид также тесно связан с патогенными для человека штаммами, поэтому планы по их использованию в качестве биофильтров временно отложены.

Медицинский фокус

Вместо этого эксперты из Венского университета природных ресурсов и наук о жизни теперь сосредоточились на медицинских вопросах и начали более пристально изучать молекулы патогенного «Exophiala dermatitidis». По словам Штерфлингер, этот гриб не только провоцирует инфекции у людей с ослабленной иммунной системой, но и все чаще у людей со средним хорошим здоровьем, что подчеркивает актуальность ее исследований для медицинской науки.

По мнению микробиолога, экстремальная стрессоустойчивость гриба, вероятно, связана с его патогенностью. «Это область, о которой мы еще мало знаем. Наша цель — узнать больше о факторах вирулентности этого гриба».