Грибки: секс против вирусов
А у грибков есть вирусы? Безусловно, есть! На планете нет форм жизни, не имеющих вирусов. В Цюрихе мой небольшой офис находится дверь в дверь с «лабораторией выращивания дрожжей» для стационарной диагностики. Они могут диагностировать «всего» около 1000 типов дрожжей, хотя на самом деле их миллионы. Один дерматолог отметил: «Большинство из них не делают нас больными». Опять одна и та же история: грибки, вирусы, археи и бактерии по большей части неболезнетворны. Безусловно, существуют некоторые патогенные грибковые инфекции. Временами это неприятно, и человеку хочется избавиться от грибка, если он проявляется во влагалище или под ногтевой пластиной. Они могут вызвать тяжелую форму легочной инфекции, которая ежегодно уносит 1,5 млн жизней в мире. Грибок вызывает развитие болезнетворной плесени в ванных комнатах, на потолке и в холодильниках, а также в охотничьих домиках в национальном парке Йосемити в США. Для борьбы с грибком нужен сквозняк или поток свежего воздуха и, естественно, ежедневная уборка квартиры. Разве не погибали археологи после того, как открывали вход в египетские пирамиды по прошествии нескольких тысяч лет со времени их строительства, вдыхая при этом споры грибков? В гробницах никогда не существовало вентиляции. Споры, используемые грибами для распространения, способны заразить зерновые культуры, и в средневековье это приводило к развитию «Антониева огня». На некоторых средневековых фресках Изенгеймского алтаря (Кольмар) изображены страдающие этим заболеванием люди, которые молят Бога о помощи. Грибковое заражение было обнаружено в орехах, арахисе, сухофруктах и специях. Комбинация вирусов и грибков, особенно это касается ядовитых афлатоксинов , может представлять серьезную угрозу и вызывать развитие рака у человека.
Грибки также повлияли на политику, когда в Ирландии начался картофельный фитофтороз, что привело к Великому голоду в Ирландии в 1845 г. Тогда 2 млн ирландцев иммигрировали в США, а многие из оставшихся умерли от голода.
В странах Дальнего Востока герпесвирус, вирус Эпштейна–Барр (ВЭБ) в комбинации с грибком вызывает рак носоглотки, а в сочетании с вирусом гепатита В ведет к гепатоцеллюлярной карциноме – одной из форм рака печени. Афлатоксины, находящиеся на поверхности джемов или в хлебе, опасны для здоровья. Если этими токсинами поражены продукты питания, их нужно выбрасывать. Тем не менее мы нуждаемся в определенной подгруппе грибков – в одноклеточных пекарских дрожжах для выпечки хлеба, пивоварения и виноделия. И не стоит забывать, что грибки – источник антибиотика пенициллина.
Грибки довольно сложно классифицировать. Они относятся к эукариотам (организмам, содержащим оформленное ядро) и находятся ближе к более высокоорганизованным организмам, к животным, чем к растениям. Великий Карл Линней, создавший классификацию животных и растений, не знал, куда отнести грибки в своей системе. Они стоят особняком от других царств – растений, животных, простейших (протистов) и бактерий.
Грибки могут быть мелкими и одноклеточными, как, например, дрожжи. Вместе с тем они могут достигать самых крупных размеров, которые только наблюдаются у живых существ. Корневая система грибков бывает размером с футбольное поле и весит несколько тонн. Грибки отличает очень высокая кооперативность, и они формируют симбиоз практически со всеми растениями, помогая последним получать питательные вещества из почвы. Вместе с вирусами грибки обеспечивают устойчивость растений к высокой температуре, поэтому растения могут дольше выживать в условиях засухи. Вирус (вирус термальной толерантности) существует в тройном симбиозе с грибком и растением, что позволяет растению выживать при 65 °С. Идея использования вирусов против глобального потепления должна привлечь внимание! Но об этом нужно говорить; возможно, они помогут сохранить ископаемые воды. Калифорнийские фермеры бурят скважины глубиной несколько тысяч метров и используют эту драгоценную воду для полива миндальных деревьев, несмотря на то, что запасы этой воды невосполнимы. В скором времени 4 млрд человек будут испытывать недостаток воды. Я больше не покупаю миндаль, поскольку для выращивания одного миндального ореха требуется 4 л воды.
Грибки могут существовать очень долго – до 2400 лет (возможно, внутри египетских пирамид?). Они образуют споры, что делает их самыми долгоживущими видами организмов на планете и, вероятно, вообще везде. У них наблюдается устойчивость к радиации, высокому давлению, невесомости, высоким и низким температурам. Возможно, они существуют на планете последние 1,5 млрд лет. Споры были «запаяны» в янтаре 30 млн лет, и недавно некоторые из них оживили, если это утверждение соответствует правде. Некоторые скептики этому просто не верят и подозревают, что это могло быть результатом контаминации в лаборатории. На борт космического корабля «Аполлон-12», отправленного на Луну, случайно попали споры, оказавшиеся в коробке из пенополистирола. Они вернулись в целости и сохранности, несмотря на воздействие на них невесомости и космических лучей, которые, как известно, оказывают мутагенное действие на генетический материал.
Еще в 1966 г. для секвенирования выбрали пекарские дрожжи, поскольку в их небольшом геноме содержится всего 13 млн нуклеотидов. Публикация об этом называлась «Жизнь с 6000 генов» (у нас 20 000 генов). Эти 6000 генов распределены по 16 хромосомам. Пекарские дрожжи и человек имели общего предка, но разошлись в развитии примерно 1 млрд лет назад, однако и сейчас у нас несколько тысяч схожих генов. Около 25% генов пекарских дрожжей родственны генам человека. Поэтому дрожжи использовали в качестве модели эукариотов. Онкоген Ras, известный по ретровирусам, имеет родственника в геноме дрожжей; его охарактеризовали и выявили некоторые различия. В настоящее время гены дрожжей один за другим заменили почти на 500 генов человека в новой области исследований, называемой синтетической биологией. Несмотря на существенное различие последовательностей, было установлено, что они выполняют аналогичные (ортологические) функции в цепочках метаболических путей. Это удивительно. Дрожжи будут использоваться в качестве «микролаборатории» для производства продуктов питания, препаратов (в частности, таксола, показанного для лечения рака молочной железы, или артемизина от малярии) или ароматических веществ, таких как ванилин. В будущем можно будет «гуманизировать» дрожжи путем замены всех метаболических путей для получения соединений, анализа и скрининга потенциальных лекарств и использовать их, а не на мышей или людей! Это было бы просто и быстро. У дрожжей есть ряд преимуществ по сравнению с бактериями; кроме того, это более безопасно, их компоненты легче выделить, и возможен выход на промышленные масштабы.
Вирусы грибков довольно неактивны и никогда не покидают хозяина, у них нет белковой оболочки, и они с трудом реплицируются, полагаясь скорее на деление клетки-хозяина. Свободные вирусные частицы вне клеток встречаются редко или не существуют вообще. Внеклеточное существование для них нехарактерно, и они постоянно находятся внутри клеток. Грибки могут переносить вирусы без репликации. Одноклеточные пекарские дрожжи инфицируются , содержащими, как следует из их названия, РНК. Это небольшие вирусы, по размеру в два раза меньше полиовирусов и пикорнавирусов, которые содержат 2900 нуклеотидов .
У клеток грибков все это есть: последовательности генов от предыдущих инфекций, индуцированных ретровирусами, транспозонами, Ty-элементами (в аббревиатуре «y» обозначает грибок – yeast). Элементы Ty1–Ty5 – ретротранспозоны, при этом Ty очень похожи на ретровирусы (), аналогично транспозонам у насекомых, в частности у мух и растений. Возможно, элемент Ty, содержащийся в дрожжах, попал в клетки предшественников их нынешних хозяев, насекомых и растений, путем горизонтального переноса генов. Ту5 – модель для исследования архитектуры теломер, при этом у них на концах хромосом есть структуры, родственные обратной транскриптазе, и соответствующий механизм интеграции (см. главу 3). В соответствии с одной из трактовок транспозируемые элементы в дрожжах являются предшественниками ретровирусов – такое предположение было выдвинуто в 1980-х гг. одним из открывателей обратной транскриптазы Хоуардом Темином. А может быть, наоборот, дегенеративными ретровирусами?
Недавно «мобильные элементы» пекарских дрожжей, размножающихся почкованием, использовали для разработки лекарств от ВИЧ. Как сообщила Сюзанна Сэндмайерс из Ирвайна (Калифорния), было получено 60 новых соединений для препаратов. Взаимодействующие белки, 120 из них, влияют на мобильные элементы и, возможно, на ВИЧ. Это – факторы, находящиеся в клетках-хозяевах человека, которые взаимодействуют с ВИЧ как потенциальные мишени лекарственных препаратов. До чего же близкое родство между пекарскими дрожжами и клетками человека – достаточно близкое для скрининга препаратов против ВИЧ. Когда мы едим выпечку или пьем пиво, об этом, безусловно, нужно помнить!
Специалист по дрожжам Джоан Курчио (Элмхерст, Нью-Йорк) объяснила мне, почему вирусы так редко встречаются в дрожжевых клетках. Дрожжевые клетки (они бывают мужскими и женскими) чрезвычайно часто спариваются, что приводит к появлению нового потомства и формированию нового генетического материала. У многих других организмов задачу обновления генетического пула часто выполняют вирусы. Они являются двигателями эволюции. Но это не относится к дрожжам. Применительно к дрожжам можно сделать следующий вывод: у клеток дрожжей «секс» происходит чаще, и поэтому у них гораздо меньше вирусов. (Или, может быть, все наоборот: меньшее число вирусов создает условия для более активного секса?) У дрожжей нет известных заболеваний, передаваемых половым путем. Еще одна причина наслаждаться пивом.
Практически во всех лабораториях проводится «двугибридный анализ дрожжей» – интересный способ исследовать неизвестные белки в качестве партнеров по взаимодействию с белками-мишенями. Суть метода заключается в том, чтобы взять белок в качестве «приманки» () и выбрать неизвестные связывающие белки в качестве «добычи» (). Если связывание достаточно сильное, активируется цветная реакция. Это надежный способ выявить новых партнеров по взаимодействию, если у исследователя не хватает воображения, чтобы найти новые темы исследования. Но как только исследователю удается «выловить» какой-нибудь новый белок, тут-то и начинается тяжелая работа – его нужно охарактеризовать. И вот тогда редакторы и рецензенты статей начинают задавать всевозможные вопросы и хотят получить ответы на все вопросы сразу. Объем данных увеличивается, и параллельно с этим растет число участвующих в исследовании ученых. В итоге у всех пропадает желание работать над проектом, после того как представившие результаты коллеги выстраиваются в очередь, чтобы их включили в список авторов публикации. И тогда возникает необходимость в руководителе, обладающем дипломатическими способностями.
