Zbliżenie na młodego trującego grzyba śmierci (Amanita phalloides). Zdjęcie wykonane przez wirestock

Jest zimny, mokry dzień 2015 roku, a Anne Pringle przeszukuje podszycie lasu w Północnej Kalifornii w poszukiwaniu niepozornego organizmu, który pochłonął jej badania przez ostatnie kilka lat: grzyba Muchomor sromotnikowy.

Ten grzyb nie jest kapryśnym, kropkowanym muchomorem z dzieciństwa, ale śmiertelnie toksycznym grzybem, który zaatakował zachodnie wybrzeże Ameryki Północnej. Pringle i jej laboratorium zbierali okazy, aby spróbować ustalić, w jaki sposób czapeczka śmierci była w stanie zaatakować to środowisko.

Anny Pringle

Nie wiedziała, że ​​osiem lat później ona i zespół naukowców z University of Wisconsin-Madison i US Department of Agriculture’s Agricultural Research Service (USDA-ARS) jako pierwsi udokumentują złożoność tej tajemnicy.

W artykule opublikowanym w tym tygodniu w The International Society for Microbial Ecology Journal zespół odkrył, że poszczególne grzyby kapelusza śmierci wydają się mieć swój własny, unikalny zestaw genów toksyn.

„Innymi słowy, nie wszystkie grzyby są trujące w ten sam sposób” – mówi Pringle, profesor botaniki na UW-Madison.

Odkrycie może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób toksyczny grzyb z powodzeniem atakuje Kalifornię i otworzyć drzwi do nowych ścieżek odkrywania leków.

Pringle, ekolog ewolucyjny, jako pierwszy ustalił, że populacja czapeczek śmierci znaleziona w Kalifornii nie jest rodzima, jak wcześniej sądzili naukowcy; zamiast tego niesławny grzyb jest gatunkiem inwazyjnym. Pringle zastanawiał się, czy część sukcesu inwazji grzybów leży w toksynach, z których jest tak dobrze znana. Oznaczało to, że musiała lepiej zrozumieć geny, które tworzą te toksyny.

Pringle połączył siły z profesorem UW – Madison Medical Microbiology and Immunology Nancy Keller; były badacz ze stopniem doktora Milton Drott; oraz Sung Chul Park, obecnie doktor habilitowany w laboratorium Kellera.

Nancy Keller, Milton Drott i Sung Chul Park.

Keller i jej laboratorium skupiają się na wyodrębnieniu genetycznych przyczyn powstawania grzybów, takich jak rakotwórczość Aspergillus flavus, może być silnym patogenem. Badają również potencjał związków wyizolowanych z grzybów chorobotwórczych w celu odkrycia nowych leków.

„Zawsze szukamy nowych związków, które mogłyby być przydatne do celów leczniczych” – mówi Keller. „Możemy wziąć te nowe oczyszczone metabolity i powiedzieć:„ Och, czy wpływają one na wzrost szkodliwych drobnoustrojów? Po prostu nie wiesz, dopóki nie przetestujesz.

W nowym badaniu Drott, który obecnie pracuje dla USDA-ARS, oparł się na swoim doświadczeniu w biologii obliczeniowej, aby przeanalizować dane genetyczne z próbek grzybów śmiercionośnych zebranych w Kalifornii i Europie. Zespół starał się udokumentować geny leżące u podstaw ich toksyczności.

Naukowcy odkryli nieoczekiwaną różnorodność takich genów.

Wszystkie okazy mają wspólną podstawową grupę genów, niezależnie od ich pochodzenia. Posiadanie tych podstawowych genów jest ogólnie uważane za wymóg, aby okaz został sklasyfikowany jako część gatunku czapki śmierci, wyjaśnia Drott.

Ale naukowcy odkryli również dodatkową grupę genów. Od osobnika do osobnika, niektóre grzyby miały pewne dodatkowe geny, podczas gdy innym całkowicie brakowało tych samych genów.

To tak, jakby wszyscy na grillu nad jeziorem mieli świecę cytronelową, która pomaga odeprzeć nieznośne robale. Świeca cytronelowa jest jak rdzeń genu, emitujący zapach, który, miejmy nadzieję, powstrzyma robale. Teraz, jeśli to jezioro zamieni się w bagno, bywalcy grilla będą musieli dostosować swoją strategię odstraszania owadów.

Oprócz świecy cytronelowej niektórzy ludzie mogą przynieść spray na owady, inni mogą założyć pułapkę na komary, może niektórzy spróbują naturalnego olejku odstraszającego owady. Te dodatkowe metody odstraszania owadów są jak dodatkowe geny, różnorodne metody, które osoby korzystające z grilla próbują sprawdzić, co najlepiej sprawdza się w nowej lokalizacji.

Pringle uważa, że ​​w grzybach te dodatkowe geny tworzą różnorodne związki, z których niektóre mogą umożliwić im najlepszy rozwój w nowych ekosystemach i kontynuowanie inwazji na zachodnie wybrzeże.

„Dokumentujemy ewolucję, co do tego nie ma wątpliwości” — mówi Pringle.

Ale to naprawdę trudne pytanie dla naukowców do przetestowania.

U ludzi łatwo jest prześledzić dziedziczność genów od rodziców do potomstwa, ponieważ otrzymują połowę swoich genów od każdego z rodziców. Ale w przypadku grzybów jest to o wiele bardziej złożone. Czasami pojedyncze grzyby otrzymują kilka wersji genu. Utrudnia to ustalenie, czy pewne geny toksyn odgrywają rolę w pomaganiu grzybowi w rozwoju w określonym środowisku.

„Z obliczeniowego punktu widzenia bardzo trudno jest sobie z tym poradzić, ponieważ trzeba rozróżnić, który z nich pochodzi od którego rodzica lub czy jest to całkowicie unikalna sekwencja” — mówi Drott. „Oddzielenie tego od siebie było dużym krokiem naprzód w naszej zdolności do identyfikacji tych toksyn na taką skalę”.

Grzyby śmiercionośne są również mikoryzowe, co oznacza, że ​​ich wzrost polega na korzeniach roślin. To dodaje kolejną warstwę trudności w projektowaniu eksperymentów, ponieważ odtworzenie tych warunków w laboratorium może być trudne lub nawet niemożliwe.

A naukowcy zauważają, że sama obecność genów nie zawsze oznacza, że ​​związki, które wytwarzają, są zdecydowanie toksynami.

„Kiedy zbierasz grzyby, to chwila. Możliwe więc, że w tym momencie gen nie został nawet wyrażony, a związek nie powstał” – mówi Keller. „Wyobrażamy sobie, że niektóre z tych genów są włączane z powodu stresu. Idealnie byłoby więc pobierać próbki w różnych warunkach”.

Zespół zauważa również, że naukowcy nie wiedzą jeszcze, dlaczego grzyb śmierci jest toksyczny: czy służy do samoobrony? Czy grzyby są terytorialne? Czy toksyny i inne związki grzybów różnią się w różnych lokalizacjach geograficznych z różnych powodów? Znalezienie odpowiedzi na te pytania nie jest proste.

Jednak zespół jest podekscytowany odkryciami i możliwością dodania do niedostatecznie zbadanej literatury dotyczącej biologii inwazji grzybów.

Po raz pierwszy naukowcy udokumentowali, że istnieje tak duże zróżnicowanie między rodzimymi i inwazyjnymi populacjami czapeczek śmierci i gdzie w genomie istnieje zmienność, mówi Drott.

„Coś się dzieje na Zachodnim Wybrzeżu, gdzie [the mushroom] się rozprzestrzenia – mówi. „Każdego roku ludzie jedzą te grzyby i umierają. I chcemy to powstrzymać, jeśli możemy”.