Как грибок рисовой пирикуляриоза «поедает» собственную клеточную стенку для атаки

Все живые организмы реагируют и адаптируются к изменениям окружающей среды. Иногда эти реакции настолько значительны, что вызывают изменения во внутренних метаболических циклах организма — процесс, называемый «метаболическим переключением». Например, грибок Magnaporthe oryzae (возбудитель пирикуляриоза риса) переключается на «глиоксилатный цикл», когда источник питательных веществ истощается. Другой ответ на изменение среды — «клеточная дифференцировка», когда клетки полностью меняют свой тип. У этого грибка клетки дифференцируются и создают большое давление на клеточную стенку, что приводит к формированию специализированной структуры — аппрессория, которая в конечном итоге облегчает заражение.

В недавнем исследовании, опубликованном в iScience, команда под руководством профессора Такаши Камакуры из Токийского университета науки впервые обнаружила, что экстремально низкие концентрации уксусной кислоты изменяют клеточные процессы у грибка. Их работа основана на том, что белок Cbp1, удаляющий ацетильные группы с хитина (основного компонента клеточной стенки грибов), играет огромную роль в образовании аппрессория, превращая хитин в хитозан и высвобождая уксусную кислоту.

Учёные использовали мутантную форму грибка, которая не производила Cbp1 и, следовательно, не могла образовывать аппрессорий, так как не производила уксусную кислоту из хитина. Наблюдения показали, что добавление ничтожных концентраций уксусной кислоты (даже порядка ста молекул на спору грибка) восстанавливало формирование аппрессория у мутантов. Это означало, что уксусная кислота может действовать как химический сигнал для запуска клеточной дифференцировки.

Затем, чтобы понять роль уксусной кислоты в глиоксилатном цикле, исследователи сосредоточились на ферменте, уникальном для этого пути — изоцитратлиазе. Они обнаружили, что у мутантных форм грибка уровень этого фермента был значительно ниже, то есть они не могли переключиться на глиоксилатный цикл. Однако добавление уксусной кислоты в крайне низкой концентрации было достаточно для восстановления нормального уровня фермента и индукции образования аппрессория.

Эти данные указывают, что использование молекул хитина из собственной клеточной стенки может быть стратегией выживания, которую используют различные бактерии и грибы. Это позволяет им процветать в среде, лишённой питательных веществ (например, на поверхности листа растения-хозяина), и избегать защитных механизмов хозяина. Уксусная кислота может использоваться как источник углерода и как сигнал для запуска метаболического переключения и дифференцировки.

Профессор Камакура отмечает: «Использование уксусной кислоты, полученной из собственной клеточной стенки патогена, для активации глиоксилатного цикла, возможно, является общим механизмом в различных процессах инфекции». Это открытие может иметь значение для сельского хозяйства, биоинженерии и медицины.