Грибок-паразит изменяет метаболизм водорослей в своих целях

Микроводоросли могут образовывать массовые скопления в океанах, привлекая множество организмов-оппортунистов, способных уничтожить всю популяцию водорослей за короткое время. Однако механизмы этой "водной" гонки вооружений в значительной степени неизвестны. В новой публикации в Nature Communications исследователи из Института химической экологии Макса Планка и университетов Йены и Франкфурта показали, что патогенный грибок изменяет метаболизм своих хозяев, одноклеточных водорослей, для собственных целей. Образующиеся при этом биологически активные вещества способствуют размножению грибка, одновременно подавляя размножение водорослей, которые в итоге уменьшаются и погибают.

Оомицеты (яйцевидные грибы) вызывают множество опасных заболеваний у растений и животных. Они также поражают рыб и водоросли, но взаимоотношения между этими микроорганизмами и водорослями изучены плохо. До сих пор было неясно, почему некоторые виды водорослей сначала массово размножаются в океанах, а затем исчезают. Одна из гипотез заключается в том, что микроорганизмы производят химические сигнальные вещества, регулирующие взаимодействия, такие как защита, спаривание и коммуникация, между живыми организмами. Для выявления таких веществ команда ученых создала лабораторную систему, в которой оомицет Lagenisma coscinodisci заражает морскую диатомовую водоросль в контролируемых условиях.

Исследователи обнаружили, что в процессе заражения образуются два новых вещества. Оба оказались так называемыми карболинами из класса алкалоидов, к которому также относятся никотин и кофеин. Большие количества этих соединений накапливаются после заражения оомицетом. "Идентичность веществ удивила нас, поскольку они впервые описаны у диатомовых водорослей, а их индукция во время заражения была консервативна во всей популяции клеток", — объясняет Марин Валле, один из двух основных авторов исследования. Интересно, что, хотя эти два вещества были полезны для оомицета, они оказались губительны для водорослей, в конечном итоге убивая их.

Исследовать такую систему непросто, поскольку эти грибковые вредители убивают своего хозяина всего за несколько часов. "Известно, что оомицеты принимают различные формы: часто они встречаются только в виде крошечных спор в своем хозяине. Иногда они вообще не причиняют вреда и "спят" в хозяине, в других случаях могут вызывать массовую гибель клеток. Эти процессы приводят к высокодинамичным колебаниям доминирующих видов в океанах", — говорит Тим Баумейстер, другой основной автор, описывая первоначальные трудности, с которыми столкнулись исследователи.

Используя высокоразрешающие масс-спектрометрические методы для разделения и идентификации малых веществ из сложных смесей в сочетании с микроскопическими техниками, ученые смогли идентифицировать активные соединения, продуцируемые одной клеткой водоросли. "Следует помнить, что одна клетка в 30 раз меньше булавочной головки, а концентрации всех веществ очень низки — показать химию в одной-единственной клетке является крупным техническим достижением", — объясняет Георг Понерт, руководитель группы Макса Планка "Взаимодействия в планктонных сообществах" и профессор инструментальной аналитики в Йенском университете имени Фридриха Шиллера.

Не все диатомовые водоросли одинаково уязвимы для атаки. Как некоторые из них защищаются? Эти и многие другие нерешенные вопросы предстоит изучить в дальнейших исследованиях. Команда особенно заинтересована в идентификации сигнальных веществ, участвующих во взаимодействии диатомовых водорослей с окружающей средой. "Наш океан — это сокровище, которое нужно защищать, там нас еще ждет столько фантастических открытий", — заключает Марин Валле.