Обнаружен новый гибридный грибок в больницах, связанный с заболеванием лёгких

Гибриды — организмы, созданные слиянием двух или более различных видов — играли важную роль в истории и культуре. Однако не все они безобидны; некоторые вызывают болезни человека.

Мы — эволюционные биологи, изучающие, почему одни грибы ежегодно заражают сотни тысяч пациентов, а другие безвредны. Нас особенно интересуют инфекции, вызываемые плесневыми грибами рода Aspergillus, которые могут вызывать тяжёлые заболевания у пациентов с ослабленным иммунитетом. Изучая штаммы Aspergillus от пациентов с лёгочными заболеваниями, мы неожиданно обнаружили гибридный вид, заражающий людей. Это открытие важно, поскольку это первый известный случай заражения человека гибридной плесенью, а точная идентификация возбудителя критически важна для лечения грибковых инфекций.

Недостаточность микроскопии

Наша команда из Университета Вандербильта, команда Густаво Голдмана из Университета Сан-Паулу и другие коллабораторы по всему миру собирали образцы грибов от пациентов, инфицированных разными видами Aspergillus. Один из видов, который нас интересовал, — Aspergillus nidulans, относительно распространённый и обычно безвредный грибок. Клинические лаборатории обычно идентифицируют вид Aspergillus с помощью микроскопии. Проблема в том, что близкородственные виды Aspergillus часто выглядят под микроскопом очень похоже.

Решив проанализировать геномы предполагаемых штаммов A. nidulans, мы с удивлением обнаружили, что собрали не A. nidulans, а Aspergillus latus — близкого родственника A. nidulans и, как вскоре выяснилось, гибридного вида. Этот вид образовался в результате слияния геномов двух других видов: Aspergillus spinulosporus и неизвестного близкого родственника Aspergillus quadrilineatus. Таким образом, мы осознали, что пациенты были инфицированы совершенно другим видом, и этот вид стал первым гибридом Aspergillus, известным как возбудитель инфекций у человека.

Гибриды среди патогенных грибов

Патогенные гибридные грибы хорошо известны среди одноклеточных дрожжей (например, вызывающие криптококкоз и кандидоз). Однако наше открытие, что A. latus — гибрид, является первым для патогенных плесневых грибов (мицелиальных).

Почему гибриды часто связаны с болезнями? Гибриды наследуют генетический материал от обоих родителей, что может приводить к новым комбинациям признаков. Именно это смешение признаков, унаследованных от родительских видов, может способствовать их эволюционному успеху, включая способность вызывать заболевание.

Эволюционное происхождение гибрида Aspergillus

A. latus появился не через скрещивание (как мул), а через слияние генетического материала клеток разных видов. У A. latus, по сравнению с родительскими видами, примерно вдвое больше размер генома и общее число генов. Но, в отличие от многих стерильных гибридов (как мул), A. latus способен к бесполому и половому размножению.

Насколько различны были родители A. latus? Сравнивая части генома, унаследованные от каждого родителя, мы оценили, что они генетически сходны примерно на 93%. Это примерно такая же степень родства, как между человеком и лемуром. Таким образом, A. latus — это грибной эквивалент гибрида человека и лемура.

Чем A. latus отличается от своих родителей

Мы выяснили, что A. latus в три раза более устойчив, чем A. nidulans (за которого его первоначально принимали), к одному из самых распространённых противогрибковых препаратов — каспофунгину. Это наглядно показывает важность точной идентификации возбудителя.

Также мы изучили взаимодействие A. latus и A. nidulans с клетками иммунной системы. Оказалось, что иммунные клетки менее эффективно борются с A. latus по сравнению с A. nidulans. Это говорит о том, что гибридному грибку, возможно, сложнее для иммунной системы идентифицировать и уничтожить.

В условиях пандемии COVID-19 наше исследование становится ещё более актуальным. Всё больше данных указывает, что часть пациентов с COVID-19 также инфицирована Aspergillus. Более тревожно то, что эти вторичные аспергиллёзные инфекции могут ухудшать клинические исходы у инфицированных коронавирусом. При этом мы подчёркиваем, что из-за отсутствия систематического тестирования об этих инфекциях известно мало, и ни одна из выявленных на сегодняшний день не была вызвана гибридами.

Итак, среди гибридов есть фантастические (минотавр), полезные (мул) и опасные (Aspergillus latus). Понимание биологии Aspergillus latus может помочь нам узнать больше о том, как возникают микробные патогены и как лучше предотвращать и лечить вызываемые ими инфекции.