Новое исследование открывает путь к созданию грибов, производящих топливо вместо токсинов

Плесневые грибы (плесени) производят широкий спектр как ценных, так и токсичных молекул, что имеет важное значение для производства энергии, сельского хозяйства и здоровья человека. Недавнее исследование показало, что органелла внутри клеток грибов, называемая эндоплазматическим ретикулумом (ЭР), действует как клеточная фабрика для синтеза разнообразных природных соединений — сесквитерпенов.

В то время как некоторые сесквитерпены являются токсинами, загрязняющими зерновые культуры и представляющими опасность для здоровья людей, другие могут служить потенциальными предшественниками альтернативного топлива. Понимание того, как плесени производят эти молекулы, необходимо для перепрограммирования грибковых клеток на создание ценных продуктов вместо вредных токсинов.

Нитчатые грибы (плесени) производят множество природных молекул с уникальными свойствами. Многие из этих побочных продуктов используются как фармацевтические препараты и антибиотики, а некоторые могут стать перспективной альтернативой ископаемому топливу. Однако другие побочные продукты — это токсины, способные загрязнять мировые запасы продовольствия. Несмотря на важность этих молекул для медицины и сельского хозяйства, оставалось неясным, какие именно клеточные компартменты участвуют в синтезе природных соединений в клетках грибов.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из Университета Миннесоты, Лаборатории болезней зерновых культур USDA ARS, EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory), Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Университета штата Орегон объединили методы микроскопии и протеомики. Они изучили, как токсичные молекулы сесквитерпенов образуются в поражающем растения грибе Fusarium graminearum. Для этого они использовали проточный цитометр/сортер клеток Influx и масс-спектрометр Orbitrap в EMSL, пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США (DOE). Результаты показали, что клеточный компартмент — эндоплазматический ретикулум (ЭР) — служит клеточной фабрикой для производства специфических молекул сесквитерпенов. ЭР действует как центральная площадка для сбора сырья для синтеза сесквитерпенов, а также как сборочная линия, координирующая несколько этапов биосинтетического пути реакции, чтобы повысить эффективность синтеза.

Эти открытия могут иметь важные последствия для производства энергии, сельского хозяйства и здоровья человека. Некоторые ученые предполагают, что сесквитерпен бисаболен может быть предшественником жизнеспособной альтернативы биодизельному топливу. С другой стороны, грибы используют тот же молекулярный путь для производства соединения, известного как вомитоксин, который загрязняет зерновые культуры, такие как пшеница и ячмень, и представляет опасность для здоровья людей. Понимая, как эти молекулы синтезируются в клетках грибов, можно будет перепроектировать этот биохимический путь для получения ценных продуктов вместо нежелательных токсинов.