Biológ Paul Rowley odhaľuje tajomstvo Killer kvasiniek a Smart Fungicides

Milovníci dobrého jedla a nápojov budú prekvapení, keď sa to dozvedia Saccharomyces cerevisiae - druh kvasiniek, ktorý umožňuje lahodnú fermentáciu v našich obľúbených skupinách piva, chleba a vína - je chronicky infikovaný vírusmi. Veľa z nich. V skutočnosti, dokonca aj niektorí vedci, ktorí strávili svoju kariéru štúdiom tohto organizmu, si túto skutočnosť neuvedomujú, hovorí Paul Rowley, expert na kvasinkový vírus a asistent profesora na Univerzite v Idahu.

„V každej bunke môžete mať až deväť rôznych typov vírusov infikujúcich bunku,“ hovorí obrátený.

Je to prekvapujúce, ale nie je nič, o čo by ste sa mali obávať. Vaše pivo je bezpečné a droždie nie je naozaj choré. Len málo ľudí venuje pozornosť týmto vírusom, pretože za väčšiny podmienok to všetko nerobia. Na rozdiel od vírusov, na ktoré sme zvyknutí, sa v bunke nerozmnožujú, kým nepraskne a neumrie, čo im umožňuje prejsť na nových hostiteľov. Namiesto toho sa šíria cez bunkový sex - keď sa dve haploidné kvasinkové bunky spoja ako jeden. Vírusy sa dobre, keď ich hostitelia robia dobre, takže vlastnosti, ktoré by ublížili hostiteľskému prostrediu, nie sú v ich evolúcii. Sú to super spoločné a takmer úplne benígne pohlavne prenosné choroby z herpesu vo svete kvasiniek, ak by herpes občas nevypadol do svrbivých vredov a smrtiace rakoviny.

Tu je twist: Za veľmi špecifických okolností, vírusy idú od benígnych k užitočným, vyžarujú toxíny, ktoré sú neškodné pre infikovaného hostiteľa, ale smrteľné pre niektoré iné kvasinky a huby, premieňajúc hostiteľskú bunku na tzv.. “Odstránením konkurencie si vírus pomáha - a teda aj sám - uspieť.

Je to bizarný jav a vedci ho ešte úplne nepochopili. Ale ak by sme mohli odomknúť tajomstvá týchto systémov vraždiacich kvasiniek, mohlo by to zmeniť svet, hovorí Rowley.

„My v podstate„ bijeme “baktérie, naozaj, na krátku dobu, antibiotikami; nikdy sme neporazili huby, “hovorí Rowley.„ Vždy tam boli a vždy boli prenasledovaní pri útokoch na naše plodiny a naše živobytie. Každoročne sa strácajú miliardy dolárov na plodiny, a to buď pred napadnutím plesňou, alebo pred poskladaním. “

Vychádzajúc z prirodzene sa vyskytujúcich toxínov produkovaných týmito vraždiacimi kvasinkami, je možné vyvinúť penicilín vo svete húb, len lepšie. Namiesto odstránenia všetkých typov húb v prostredí by tieto toxíny mohli byť teoreticky skonštruované tak, aby sa veľmi špecificky zameriavali na organizmus spôsobujúci problémy, pričom mikróby prispievajú k zdravému ekosystému bez poškodenia.

Predstavte si účinné a cielené zbrane proti plesni zemiakov, ktoré šíria hladomor v Európe v 19. storočí, alebo pleseň gaštanov, ktorá v 20. storočí zabila americký gaštan. V dnešnej dobe sa hubové ochorenie rozšírilo do živočíšnej ríše veľkou mierou, ohrozovalo včely, netopiere a obojživelníky v mnohých častiach sveta s ich existenciou. Dôsledky pre ekosystémy, dodávky potravín a ľudské zdravie, ktoré vyplývajú z týchto strát, sú obrovské.

Sen o inteligentných fungicídoch zameraných proti týmto hrozbám by mohol byť dosiahnutý v Rowleyovom živote. Najprv však vedci musia urobiť také základné experimenty, ktoré povedú k lepšiemu pochopeniu toho, ako pracujú vrahové kvasinky. Brilantná vec, o týchto toxínov je, že sú založené na bielkovinách, čo znamená, že všetky triky genetického inžinierstva môžu byť použité na manipuláciu a prispôsobenie - vážnu výhodu.

Ale je tu dlhá cesta. Tu je návod, ako úzky súbor okolností je potrebný na to, aby sa vraždené droždie prejavilo ako vrah. Trvá to kvasinky, ktoré sú infikované určitým vírusom, a potom tento vírus musí byť infikovaný určitým satelitným vírusom. Je to satelitný vírus, ktorý produkuje toxín, a bez všetkých týchto kúskov v poriadku, nemáte vraha droždie.

Aby ste mali vraždené droždie, musíte mať aj vec, ktorú treba zabiť. Daný toxín bude fungovať len na špecifických organizmoch - niekedy dokonca aj v rámci tých istých druhov, iba niektoré kmene budú zraniteľné voči danému systému kvasinkových kvasiniek a vedci si ešte nie sú istí, prečo to je, alebo ako rozoznať citlivé kmene z oblasti. nezraniteľný.

Ak máte správne droždie a správnu cieľovú droždie, nič sa nestane, ak nemáte správne environmentálne podmienky; toxíny pôsobia len v úzkom rozsahu pH a teploty.

Ale ak sa vám to všetko podarí, kúzlo sa stane. Rowley to demonštruje študentom a svetu tým, že zakryje Petriho misku tenkou vrstvou kmeňa kvasiniek, ktorý je citlivý na toxín. Na vrchole maľuje kmeň vraha kvasiniek, povedzme, klasický ikosahedrálny tvar vírusovej kapsidy. Ako sa kultúra vyvíja, vraždené kvasinky by mali robiť dobre a inhibovať rast v okolitých oblastiach. Médium sa farbí metylénovou modrou a koncentruje sa v oblastiach bunkovej smrti, čo jasne ukazuje podpis vraha.

„Milujem to,“ hovorí Rowley. „Vedci často nemajú schopnosť naozaj sa ukázať v peknej grafike, čo robia. Je to vždy gély a bezfarebné kvapaliny a také veci. Ale toto je vlastne krásny test založený na doske, ktorý môžeme použiť na pohľad na interakciu medzi vírusom a hostiteľom. “

Je to zábavná veda, ale môže to tiež jedného dňa viesť k revolúcii v tom, ako riadime poľnohospodárstvo a životné prostredie. V budúcnosti by sme my ľudia mohli dokonca prekonať ich posadnutosť sterilizáciou a kontrolou a rozhodnúť sa namiesto toho pozvať mikrobiálny svet, vyzbrojený dobrými nástrojmi proti nepríjemným votrelcom.

„Huby a baktérie, vždy nájdu spôsoby, ako sa stať odolnými; je to len fakt, “hovorí Rowley. „Existuje mnoho spôsobov, ako sa huby môžu stať odolnými voči týmto toxínom. Otázkou však je, že ak chápeme, aké sú tieto mechanizmy, môžeme s nimi tiež bojovať. Môžeme byť šikovní, ako to robíme. “