Грибы могут быстро меняться и передавать инфекционную способность

Новое исследование показало, что грибы обладают значительным потенциалом для горизонтального переноса генов, аналогичного механизмам, позволяющим бактериям быстро эволюционировать, становиться устойчивыми к антибиотикам и вызывать другие серьёзные проблемы.

Это открытие, которое будет опубликовано в журнале Nature, предполагает, что грибы способны быстро изменять состав своих геномов и становиться инфекционными для растений и, возможно, животных, включая человека.

Учёные заявляют, что они не так ограничены более постепенными процессами конвенциональной эволюции, как считалось ранее. Это поднимает вопросы не только для сельского хозяйства, но и для здоровья человека, поскольку грибы находятся гораздо ближе к людям на «эволюционном дереве», чем бактерии, и, как следствие, грибковые заболевания лечить гораздо сложнее.

Генетические механизмы, которые используют грибы, отличаются от часто используемых бактериями, но конечный результат может быть довольно схожим. Эволюция вирулентности у штаммов грибов, которая когда-то считалась медленной, теперь, как показано, происходит быстро и может заставить пересмотреть взгляд на то, как грибы могут вести себя, меняться и передавать инфекционные способности.

«До этого мы считали, что грибы в основном ограничены вертикальным переносом генов или обычным наследованием — более медленным типом генетических изменений, основанным на взаимодействии мутаций ДНК, рекомбинации и эффектах отбора», — сказал Майкл Фрайтаг, доцент кафедры биохимии и биофизики Университета штата Орегон.

«Но в этом исследовании мы обнаружили, что грибы способны передать инфекционную способность другому штамму за одно поколение. Мы, вероятно, недооценивали это явление, и это указывает на то, что грибковые штаммы могут становиться патогенными быстрее, чем мы считали возможным».

Исследователи из Центра исследований генома и биовычислений при OSU сотрудничали в этом исследовании с большой международной группой учёных, включая главных исследователей из Broad Institute в Массачусетсе, Амстердамского университета и Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США при Университете Миннесоты.

Бактерии используют горизонтальный генетический перенос через хромосомы и плазмиды ДНК, чтобы быстро меняться, что является одной из причин частого развития устойчивости к антибиотикам. Считалось, что эта способность возможна, но редка у грибов. В новом исследовании, основанном на полногеномном анализе трёх видов Fusarium, было экспериментально показано, что целые хромосомы передаются между разными грибковыми штаммами вместе со способностью вызывать инфекцию. Различные грибы Fusarium могут инфицировать как растения, так и человека.

У людей грибковые инфекции встречаются реже, чем вызванные бактериями, но могут быть упорными и трудно поддающимися лечению — отчасти потому, что грибы гораздо ближе родственны животным, включая человека, чем бактерии. Это ограничивает типы медицинских методов лечения, которые можно использовать против них. Грибковые инфекции также являются серьёзной проблемой для людей с ослабленной иммунной системой, включая пациентов со СПИДом, и могут быть смертельными.

По словам Фрайтага, это новое понимание генетики и эволюции грибов — отличная новость.

С одной стороны, это может помочь исследователям лучше понять типы грибковых штаммов, которые наиболее склонны к развитию устойчивости к фунгицидам, и помочь учёным в области растениеводства разработать подходы для минимизации этой проблемы.

Грибковые заболевания являются серьёзной проблемой в растениеводстве, и во всём мире ежегодно тратятся миллиарды долларов на борьбу с новыми и возникающими грибковыми патогенами у растений, животных и людей.

На более фундаментальном уровне это исследование предоставляет доказательства того, что «древо жизни» с одним стволом и многими ветвями устарело. Его следует заменить «сетью жизни», в которой происходит множество горизонтальных связей между разными видами.