Aspergillus fumigatus полностью перестраивает свой геном после одного цикла размноженияAspergillus fumigatus полностью перестраивает свой геном после одного цикла размножения
Исследователи обнаружили, что Aspergillus fumigatus производит больше мейотических кроссинговеров, чем любой другой организм.
Это означает, что грибок может создать свой сложный механизм резистентности всего за один цикл полового размножения. Данное открытие раскрывает возможную причину быстрого распространения трудноизлечимых грибковых инфекций. Это также затрудняет выявление источника инфекции, вызванной резистентным грибком. Результаты исследования, опубликованы в статье в журнале PLoS Biology в соавторстве с учеными из Имперского колледжа Лондона и Ноттингемского университета.
Aspergillus fumigatus естественным образом широко распространен в окружающей среде. Фактически мы ежедневно вдыхаем споры этого грибка. У здоровых людей это не вызывает никаких проблем. "Но для тяжелобольных пациентов это может быть опасно", - поясняет соавтор работы Эвелин Снелдерс, доцент лаборатории генетики. "Например, это опасно для людей, находящихся в отделении интенсивной терапии, получающих химиотерапию, или для тех, кто перенес трансплантацию органов". "Поэтому инфекции, вызванные Aspergillus fumigatus, лечатся с помощью азолов, которые являются противогрибковыми препаратами. Проблема заключается в том, что грибок становится все более резистентным к такому лечению, и это может привести к летальному исходу для пациентов".
Одной из причин возникновения механизма резистентности у грибка считается частое использование азолов в сельском хозяйстве, считает Снелдерс. "Фермеры и садоводы, возможно, не используют азолы специально для борьбы с Aspergillus fumigatus, но они применяют их для борьбы с другими грибками. Воздействие азолов позволило Aspergillus fumigatus выработать механизм резистентности. Компостные кучи, где этот грибок растет естественным образом, являются особыми очагами селекции резистентности. В конечном счете это приводит к появлению резистентности в медицинских учреждениях. Даже те пациенты, которые никогда не лечились азолами, уже могут быть носителями азолоустойчивого грибка".
По словам Снелдерс, при заражении пациента азолоустойчивым Aspergillus fumigatus трудность заключается в попытке выяснить точное происхождение грибка. "В рамках нового исследования мы изучаем инфицированных пациентов в двух разных больницах Нидерландов и присутствие грибка на ферме в провинции Северная Голландия. Логично ожидать, что изоляты в ближайшей больнице будут генетически гораздо более близки к изолятам на ферме в Северной Голландии. Ведь она расположена гораздо ближе. Но, как оказалось, это не так".
В каждой из двух больниц обнаружены изоляты, которые имеют много генетических различий с грибком с фермы, но также и много сходств. Это может быть связано с половым размножением грибка, которое Снелдерс и ее коллеги рассмотрели в своем исследовании. "Для этого мы ориентировались на количество кроссинговеров на хромосому. У человека это в среднем три-четыре случая. Это приводит к тому, что комбинации генов от одного из родителей остаются прочно сцепленными. Но у Aspergillus fumigatus мы обнаружили до 30 кроссинговеров. Это самое большое число, когда-либо обнаруженное в организме". Это означает, что один акт полового размножения приводит к "полной перестройке" генома. "Это приводит к огромной вариативности в популяции даже в относительно ограниченной среде", - утверждает Снелдерс.
В результате очень трудно определить путь передачи инфекции из окружающей среды к пациенту. Кроме того, грибок может эффективно размножаться как бесполым, так и половым путем. Поэтому можно одновременно обнаружить грибок с идентичными геномами в изолятах, расположенных на расстоянии тысяч километров друг от друга. Это делает очень сложной задачу выяснения путей передачи этого грибка. Полученные результаты позволили исследователям больше узнать о происхождении и эффективном распространении механизма резистентности, состоящего из двух мутаций в одном гене, говорит Снелдерс.
"Мы всегда считали, что пол не может играть в этом важную роль, поскольку при обычном мейозе эти две мутации резистентности не могут быть объединены. Это происходит потому, что мутации генов на хромосоме расположены очень близко друг к другу. Но теперь мы знаем, что организм - в данном случае Aspergillus fumigatus - может передать этот механизм резистентности в ходе одного акта полового размножения благодаря большому числу кроссинговеров".
Этой осенью ученые попытаются улучшить наше понимание того, как распространяется грибок, запустив проект "Грибковый радар". "С помощью широкой общественности мы в течение месяца будем отбирать образцы грибка по всей территории Нидерландов, используя пластиковые ловушки для насекомых", - поясняет Снелдерс. "Они содержат клейкую полоску, к которой прилипает грибок. Участники вернут нам эти полоски, а затем мы будем культивировать грибок в нашей лаборатории. Это позволит нам определить, есть ли районы, где Aspergillus fumigatus встречается чаще или реже, и какой процент грибка обладает механизмом резистентности".
