Jesteśmy zainteresowani zrozumieniem, w jaki sposób zmienność genomowa prowadzi do różnic między osobnikami, dlatego w tym badaniu przyglądamy się najbardziej podstawowym mechanizmom biologicznym leżącym u podstaw odporności na toksyny w prostych organizmach, takich jak drożdże. Szczególnie ważnym sposobem różnicowania organizmów jest stopień ich wpływu na toksyny.

W bieżącym badaniu naukowcy z NHGRI przeanalizowali drożdże zakażone wirusem, który powoduje, że drożdże wydzielają śmiertelną toksynę o nazwie K28. Wirus nie wpływa negatywnie na zainfekowane drożdże. Zamiast tego zainfekowane drożdże są również odporne na działanie toksyny.

Te zainfekowane drożdże wydzielają toksynę K28, aby zniszczyć niezainfekowane drożdże rosnące w pobliżu. Zapewnia to zainfekowanym drożdżom przewagę ewolucyjną w rywalizacji o zasoby. Jednak niektóre niezainfekowane drożdże rosną pomimo obecności toksyny.

Aby dowiedzieć się, w jaki sposób te niezainfekowane drożdże są odporne na toksynę, naukowcy wystawili różne niezainfekowane drożdże na działanie toksyny K28. Te, które nie zostały dotknięte toksyną, zostały sklasyfikowane jako wysoce odporne, a te dotknięte chorobą jako wrażliwe. Następnie naukowcy porównali genomy odpornych i wrażliwych drożdży, aby określić, które geny nadają odporność na toksynę.

Dzięki tej analizie naukowcy ustalili, że KTD1 gen zapewnia odporność na toksynę K28. „Tego genu nigdy wcześniej nie badano” – powiedział Sadhu. „Zidentyfikowanie tego genu to pierwszy krok do pełnego zrozumienia tego, co dzieje się na poziomie molekularnym”.

Następnie naukowcy przyczepili do niego świecące białko KTD1 białka do śledzenia jego pozycji w komórkach drożdży. Stwierdzili, że KTD1 białko znajduje się na powierzchni przedziałów komórkowych zwanych wakuolami. Wakuole służą wielu celom w komórce, w tym izolowaniu i rozkładaniu szkodliwych substancji, takich jak toksyny.

Aby wywołać toksyczne działanie, toksyna K28 musi swobodnie poruszać się po komórce. Badacze postawili hipotezę, że KTD1 białko może być zaangażowane w sekwestrację toksyny w wakuoli.

Region KTD1 białko wbija się do środka wakuoli, gdzie może wchodzić w interakcje z uwięzionymi toksynami. Analizując sekwencję białka, naukowcy odkryli, że ten region KTD1 białko znajduje się pod silną presją ewolucyjną.

Te silne presje ewolucyjne wskazują na znaczenie tego regionu dla KTD1 funkcji białka i podkreślają konkurencję między toksyną a drożdżami. Jednak potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć, w jaki sposób ten region KTD1 białko utrzymuje K28 w ryzach i jak K28 może ewoluować w odpowiedzi.

„Zawiłości genomiki, które pośredniczą w tych bitwach wewnątrzgatunkowych, zostały pięknie ujawnione w badaniu takim jak to”, powiedział dr Charles Rotimi, dyrektor naukowy programu badań stacjonarnych w NHGRI. „Chociaż jest to historia drożdży, mechanizmy z pewnością wpłyną na badania nad toksynami i ich wpływem na ludzi”.