Теперь исследователи обнаружили, что патоген отбросил более дюжины различных генов на пути к превращению в новый, более опасный вид. Удивительно, но большинство этих отброшенных генов участвуют в РНК-интерференции или РНКи, защитном механизме, используемом грибами и другими организмами для защиты целостности своих геномов. Исследование было опубликовано 4 марта в журнале PLOS Genetics.«Нестабильность генома — это плохо для здоровья человека, потому что она связана с раком и другими заболеваниями», — сказал Блейк Биллмайр, ведущий автор исследования и аспирант лаборатории Джозефа Хейтмана в Медицинской школе Университета Дьюка. «Но это может быть хорошо для одноклеточных организмов, таких как Cryptococcus, потому что позволяет им мутировать, развиваться и адаптироваться, чтобы выжить в различных условиях».
Cryptococcus deuterogatti в основном распространялся в тропическом климате до 1999 года, когда он обнаружился на острове Ванкувер и начал распространяться по юго-западу Канады, а также в Вашингтоне и Орегоне. Возникающий грибковый патоген вызывает тяжелые инфекции легких и центральной нервной системы и приводит к летальному исходу, если его не лечить.Пять лет назад исследователи из лаборатории Хейтмана участвовали в международном совместном консорциуме по секвенированию генома этого вида вспышки и обнаружили, что он потерял два гена, участвующих в РНКи, — процесс, который ранее считался ключом к его выживанию.
Механизм подавления генов РНКи обычно уничтожает генетические инструкции для вредоносных вирусов или заставляет замолчать гены-изгоями, которые могут заразить геном гриба. Но у Cryptococcus deuterogatti были дыры в геноме там, где должны были быть два гена РНКи.
Вооружившись этой информацией, Биллмир предположил, что другие гены в этом недостающем наборе генов также могут функционировать в РНКи. Он и его коллеги сравнили геномы Cryptococcus deuterogatti с менее мощными родственниками, такими как Cryptococcus neoformans, которые преимущественно поражают людей с ослабленным иммунитетом.
Они обнаружили, что C. deuterogatti потеряла 14 генов по сравнению с другими, менее патогенными видами.Затем исследователи провели ряд генетических и молекулярных анализов, чтобы определить, играет ли какой-либо из этих потерянных генов роль в РНКи. Они мутировали каждый из генов Cryptococcus neoformans, который имеет полностью функционирующий механизм РНКи, чтобы увидеть, нужны ли эти гены грибам для подавления лишнего генетического материала.Джозеф Хейтман, профессор Джеймса Б. Дьюка и заведующий кафедрой молекулярной генетики и микробиологии, сказал, что он ожидал найти, возможно, еще один или два других гена, участвующих в РНКи.
К его удивлению, они обнаружили, что 11 из 14 обследованных отсутствующих генов участвовали в подавлении генов.«Мы могли представить, что этот вид потерял пару генов РНКи, а затем небольшое количество генов, участвующих во всех других процессах», — сказал Хейтман. «Вместо этого, одно очевидное различие между этими более и менее вирулентными видами, по-видимому, заключается в потере пути РНКи».Хотя исследователи не знают, почему отказ от механизма RNAi может помочь Cryptococcus принять более смертоносную форму, у них есть некоторые идеи.
Это может позволить грибам сосуществовать с вирусами-убийцами, которые выделяют мощные токсины, чтобы отравить конкурирующие организмы. Или это может позволить им накапливать мутации или даже дополнительные хромосомы, чтобы получить устойчивость к противогрибковым препаратам.Какой бы ни была причина, это открытие может проложить путь для будущих исследований с использованием сравнительной геномики для выявления других наборов родственных генов. Как только один ген в пути теряется, исследователи предполагают, что организм может оказаться на скользком эволюционном склоне, поскольку другие гены, которые больше не приносят пользы, теряются в быстрой последовательности.
До сих пор было описано лишь несколько других примеров этой общесистемной модели потери генов, называемых системными полиморфизмами.«Вы можете многому научиться, ища то, чего не хватает», — сказал Биллмайр. «Это правда, что они говорят, ты не знаешь, что у тебя есть, пока это не исчезнет».