Смертоносные грибки защищаются от лекарств половым размножением

Половое размножение обеспечивает генетическое разнообразие: клетки матери и отца отдают часть своей ДНК, чтобы обеспечить формирование новой особи. Это перемешивание генетического кода позволяет потомству быть уникальным, предотвращает вредные мутации, накопленные в генах родителей.

Новое исследование показало, что смертельные виды грибка нашли способ производить разнообразное потомство от одних и тех же и, более того, идентичных родителей, что, возможно, позволяет им развить лекарственную устойчивость.

"Наши выводы полностью перевернули привычное представление о половых функциях, – комментирует микрогенетик Джозеф Хейтман (Joseph Heitman) из университета Дьюка. – Эти грибы используют половое размножение не только для того, чтобы смешивать уже имеющиеся наборы генов, но и для создания генетического разнообразия с нуля".

Учёные рассмотрели грибок вида Cryptococcus neoformans, который вызывает у людей с ослабленным иммунитетом криптококковую пневмонию и менингоэнцефалит. Этот грибок убивает около 600 тысяч человек ежегодно, что составляет примерно треть всех смертей, вызванных СПИДом.

Способность грибка становиться лекарственно устойчивым уже давно является головоломкой для учёных. Ведь у C. neoformans отсутствуют различия между отдельными клетками. Грибок существует в двух различных "типах спаривания", что аналогично различию полов у животных.

Но большинство клеток, обнаруженных в природе, принадлежат лишь к одному типа спаривания.
В предыдущих исследованиях, Хейтман и его коллеги доказали, что иногда происходит "однополое" спаривание, но при этом родители имеют идентичные гены. Грибок также может размножаться бесполым путём, производя новую единицу (по сути, копию себя). Поэтому учёные задались вопросом: зачем вообще спариваться, если нет никакой смеси генов, из которой мог бы появиться по-настоящему новый организм?

Но лабораторные исследования дали некоторые подсказки. Исследователи вырастили две культуры грибков, позволив одной из них размножаться бесполым способом, а другой – половым. Затем они сравнили полученные споры друг с другом и с их "родителями".

Оказалось, что в ходе бесполого размножения грибки образуют генетические копии друг друга и своих предков, в то время как в некоторых случаях при половом скрещивании получаются особи с другим количеством хромосом. Подобное явление называется анеуплоидией и считается вредным для организма. У человека, например, оно вызывает синдром Дауна и способствует развитию некоторых форм рака. Но, как выяснили учёные, в случае грибков это порой приводит к появлению устойчивости к лекарственным препаратам.

Хотя анеуплоидия не вносит в код новые генетические последовательности, она приводит к появлению ещё одного генетически особенного вида, в котором дополнительные гены производят дополнительные белки. В результате вырастает организм, совершенно не похожий на своих родителей.

В целом, около 7% потомства, произведённого половым путём, иначе реагируют на температурные воздействия и лекарства. У них также есть и другие причуды: например, увеличенное производство пигмента меланина, известного фактора вирулентности. Две трети из этих нетрадиционных клеток содержат дополнительную хромосому, что обуславливает лекарственную устойчивость и долголетие.

По мнению учёных, лечение для таких сложных форм грибков ещё только предстоит разработать. К тому же, данный механизм может лежать в основе некоторых инфекций, вызываемых паразитами.

О необычном способе получения устойчивости к противогрибковым препаратам исследователи рассказали в статье, опубликованной в издании PLoS Biology.