В выпуске eLife от 10 мая исследователи из Университета Дьюка и Стэнфордского университета предполагают, что вирусный белок мог проникнуть в геномы ранних грибов и захватить их механизмы контроля деления клеток, заставляя грибы производить больше вирусов по мере роста и деления грибковых клеток. Вирусный белок был в конечном итоге принят хозяином и включен в геном грибов, создав семейство белков, которые в настоящее время имеют решающее значение для образования спор, проникновения в ткани хозяина и других характеристик грибов.«Это событие могло спровоцировать или способствовать появлению целого грибного царства», — сказал ведущий автор Николас Бухлер, доцент кафедры биологии в Duke.
По словам Бухлера, исследование может однажды помочь ученым разработать новые типы противогрибковых препаратов, которые ингибируют деление клеток грибов, но не их растений или животных-хозяев.Цикл роста и деления клеток находится под жестким контролем. Без него живые существа не могли бы превратиться из одиночной оплодотворенной яйцеклетки во взрослую особь, заменить изношенные клетки или исцелить от повреждений. Неконтролируемое деление клеток может привести к раку у людей и других животных.
Исследования последних десятилетий показали, что молекулярные механизмы, используемые растениями и животными для управления этим процессом, включают в себя некоторые белки, которые мало похожи на их аналоги в грибах.У растений и животных семейство белков, называемых факторами транскрипции E2F, контролирует ранние стадии деления клеток, включая и выключая гены по мере необходимости, когда одна клетка готовится к разделению на две.
Другой белок, называемый SBF, играет ту же роль в грибах.Возникает вопрос: если белки, контролирующие клеточный цикл у животных и растений, более или менее одинаковы, как же белок, выполняющий ту же функцию у грибов, которые более тесно связаны с животными, чем любая группа с растениями, — стать таким другим?
Чтобы выяснить это, Бухлер и его коллеги изучили последовательности генома сотен эукариот, группы живых существ, в которую входят все грибы, растения и животные, включая людей.Они проверили амеб, водоросли и другие организмы на наличие белков, контролирующих клеточный цикл, подобных белку SBF, обнаруженному в грибах, но ничего не обнаружили.Единственные совпадения были вовсе не у растений или животных, а у вирусов. Результаты предполагают, что грибы приобрели свой белок SBF независимо после отделения от животных около миллиарда лет назад, скорее всего, от вируса, который заразил клетки предка гриба и проник в его геном.
Вирус, вероятно, присвоил контроль клеточного цикла своего хозяина для своей выгоды, но грибы, возможно, сочли этот белок полезным и усвоили его посредством процесса, известного как горизонтальный перенос генов.По словам исследователей, сосредоточив внимание на этих вирусных генах, которые теперь играют ключевую роль в росте грибов, ученые смогут найти новые способы борьбы с грибами, вызывающими болезни.Опасные для жизни грибковые инфекции, такие как криптококковый менингит и грибковая пневмония, ежегодно убивают полтора миллиона человек.
Такие инфекции могут быть особенно опасны для людей с ослабленной иммунной системой, в том числе для реципиентов трансплантатов органов, больных раком или ВИЧ.Грибковые патогены не ограничиваются людьми. Гниение и болезни растений в посевах, синдром белого носа у летучих мышей и расстройство колонии пчел — все это вызвано грибами.Теперь исследователи пытаются понять, как был задействован механизм грибов, контролирующий клеточный цикл, без ущерба для жизни клетки.
Они сосредоточены на грибах, которые рано разветвились, у основания семейного древа грибов, таких как обитающие в почве грибы, называемые хитридами. Считается, что деление клеток у этих видов контролируется как семейством белков E2F, так и белком SBF, уникальным для грибов.
Эта закономерность предполагает, что эволюция грибов прошла через переходное состояние, когда оба контроллера клеточного цикла сосуществовали в предке большинства грибов, а затем E2F был утерян и заменен его вирусной заменой.В экспериментах с одноклеточным грибком Saccharomyces cerevisiae или пивными дрожжами Бухлер и его коллеги показали, что белки SBF в дрожжах могут связываться с теми же фрагментами ДНК, что и их аналоги E2F у животных, что подтверждает идею о том, что SBF может принимать за счет активации тех же генных мишеней, что и его предшественник.
«Цикл грибковых клеток никогда не прекращался, он просто прошел через период, когда два переключателя управления конкурировали за одно и то же генетическое наследие», — сказал Бухлер.