Близится грибковый апокалипсис?
#антропогенное воздействие #фитопатогены #сельскохозяйственная микробиология #лес #грибковые инфекции
Грибковый апокалипсис, изображенный в сериале "Последние из нас", может быть выдумкой. Но в условиях изменения климата и потери среды обитания угроза со стороны адаптирующихся грибков вполне реальна.
Провинция Юньнань на юго-западе Китая может похвастаться удивительным разнообразием климатов, мест обитания и экосистем - от низинных тропических дождевых лесов до высокогорных ледников. По площади она превосходит Японию и является глобальной горячей точкой биоразнообразия, известной, в частности, обширным разнообразием грибов. Но в связи с повышением температуры из-за изменения климата и сокращением естественной среды обитания на фоне стремительной урбанизации и расширения сельского хозяйства ученые бьют тревогу по поводу новой угрозы: патогенных грибков, способных вызывать опасные для жизни человека заболевания.
Миколог Питер Мортимер, профессор Куньминского института ботаники, непосредственно связанного с Китайской академией наук, решительно предупреждает: "Грибок, испытывающий стресс, - это опасный грибок". По его словам, усиление человеческой деятельности вызывает стресс у грибов по всему миру, "переворачивая природные системы с ног на голову и нарушая естественные процессы". В Юньнани грибки приспосабливаются к таким нарушениям, развивая способность питаться такими малопригодными для жизни искусственными продуктами, как пластик и резина.
В октябре прошлого года ВОЗ составила первый в истории список грибковых патогенов, представляющих наибольшую опасность для здоровья человека. В список вошли 19 видов грибков, которые не только могут вызывать потенциально смертельные инфекции, но и резистентны к имеющимся в настоящее время препаратам. "Распространенность и географический диапазон грибковых заболеваний расширяются по всему миру в связи с глобальным потеплением и увеличением международных поездок и торговли", - заявили в ООН.
Еще до предупреждения ВОЗ эксперты в Китае подчеркивали необходимость проведения общенациональных эпидемиологических исследований грибковых инфекций. В опубликованной в 2020 году работе под названием "Оценка бремени грибковых заболеваний человека в Китае с учетом факторов риска" исследователи из шанхайской клиники Хуашань и Фуданьского университета в сотрудничестве с учеными из Пекина и Швейцарии проанализировали 70-летние данные о грибковых заболеваниях в Китае. В работе сделан вывод, что "высокое бремя грибковых заболеваний в Китае, оказавшее огромное влияние на здоровье населения, подчеркивает настоятельную необходимость наращивания диагностического и терапевтического потенциала".
В начале этого года опасность, которую представляют грибки, попала даже в сферу поп-культуры. В популярном телесериале "Последние из нас" мутировавшая разновидность грибка Cordyceps превращает людей в плотоядных зомби, вызывая всемирную пандемию. Несмотря на всю необычность сюжета он подчеркивает реальные последствия распространения патогенных грибков. А Юньнань, где обитает около 100 000 видов грибов, служит важнейшим центром для понимания и смягчения последствий этой новой проблемы.
Слева: крупный план грибков, растущих на тюках сырого каучука; Справа: крупный план грибков, растущих на отходах от переработки сырого каучукового латекса в Сишуанбаньна, ноябрь 2020 года. Фото: Peter Mortimer.
Стресс-тест
На земной поверхности грибы встречаются практически в любой среде, где они играют жизненно важную экологическую роль. Сапрофитные грибы расщепляют разлагающиеся органические вещества, например, мертвую древесину, и возвращают питательные вещества обратно в круговорот жизни. Микоризные грибы формируют взаимовыгодные отношения с растениями, помогая им лучше усваивать питательные вещества из почвы. Но в некоторых районах Юньнани естественная среда обитания местных видов грибов находится под угрозой.
В качестве иллюстрации Мортимер, который работает в этом регионе более 13 лет, объясняет, как грибы реагируют, когда сталкиваются с обычными экологическими нарушениями, такими как вырубка тропического леса. "Вы - гриб, ведущий вполне приличный образ жизни - растущий на мертвой древесине в прохладном, темном лесу. Затем, внезапно, почва оказывается под открытым небом, становится жарче и суше. И все субстраты на почве, которыми питается гриб, такие как листовая подстилка или древесный мусор, оказываются уничтоженными".
В такой нарушенной экосистеме животные "либо уходят, либо умирают", - говорит Мортимер. "Но гриб не может просто встать и уйти". Вместо этого он может адаптироваться. И грибы делают это, меняя форму, становясь совершенно другими организмами. "Происходит полное изменение метаболизма и физиологии, даже внешний вид и структура полностью меняются, и гриб выглядит как другой вид", - говорит Мортимер, добавляя, что это явление еще не до конца изучено учеными.
После трансформации безобидный древесный или поедающий листья грибок "меняет свой метаболизм и вырабатывает совершенно другие ферменты", превращаясь в грибок, который может переваривать ткани живых существ, включая человека.
В процессе размножения грибки выделяют в воздух микроскопические споры. Когда споры вдыхаются или попадают на кожу, грибок может попасть в легкие, кровь, носовые пазухи и даже в мозг человека.
Слева: плиты переработанного латекса, хранящиеся на каучуковой плантации в Сишуанбаньне, 2020 г.; справа: Питер Мортимер держит гриб во время экспедиции по сбору грибов в регионе Меконга. Фото: Peter Mortimer.
"В отличие от вирусов, которые захватывают клеточные механизмы для размножения, мицелий грибов проникает в ткани, переваривает и поглощает питательные вещества", - объясняет Мортимер.Более того, грибковые заболевания чрезвычайно трудно поддаются лечению, о чем свидетельствует предупреждение ВОЗ, сделанное в октябре прошлого года. По словам Мортимера, грибковые клетки, которые по своей структуре похожи на клетки животных, их очень трудно уничтожить с помощью лекарств. Поэтому многие препараты, которые потенциально могут быть использованы для борьбы с грибковыми инфекциями, не подходят для применения, добавляет он, поскольку они могут нанести вред и человеческим клеткам.
Но есть и положительная сторона. Мортимер объясняет: "Человеческое тело слишком горячее для грибков. Грибки предпочитают температуру 25-28 градусов Цельсия, тогда как наша температура 36,6 градусов Цельсия. Это одна из причин, почему исторически грибковые заболевания ограничивались в основном инфекциями кожи или ногтей". Но сейчас, когда в мире становится теплее из-за изменения климата, грибки приспосабливаются к более высоким температурам, говорит Мортимер. Это, - объясняет он, - позволяет грибковым патогенам закрепиться в организме человека, чего раньше они не могли сделать".
Благодаря огромному количеству видов, Юньнань является важнейшей горячей точкой для изучения и понимания сложности грибковых адаптаций и взаимодействий. Мортимер рассказывает, что в Юньнани, вероятно, насчитывается до 100 000 видов грибов, из которых науке известно всего 6 000. Такое биоразнообразие, объясняет он, обусловлено большим разнообразием мест обитания, экосистем и климатических условий на территории Юньнани.
Согласно исследованию Мортимера, которое еще не опубликовано, индекс Шеннона - показатель биоразнообразия - разнообразия видов грибов в некоторых районах южной Юньнани составляет 5,26, что, по его словам, является "чрезвычайно высоким показателем". Индекс Шеннона очень редко превышает пять, говорит он, добавляя, что грибковое разнообразие Юньнани примерно в четыре раза превышает европейское. И большая часть этого разнообразия сосредоточена на юге Юньнани, в префектурах Сишуанбаньна и Дехун, а также в муниципалитете Пуэр.
Но ученым еще предстоит определить, сколько именно грибков Юньнани представляют угрозу. "В Юньнани одно из самых больших разнообразий грибов в мире, поэтому, если исходить только из цифр, то и разнообразие патогенных грибов должно быть выше, - считает Мортимер. Более того, глобальное потепление делает Юньнань более жарким и сухим. Исследования показывают, что с 1990-х годов в провинции не только стало намного теплее, но и участились сильные засухи и тепловые фронты, а количество осадков уменьшилось.
Неестественный отбор
В то же время действия человека, например, преобразование естественных лесов в каучуковые плантации, уничтожают почву Юньнани, которая наполнена спорами тысяч видов грибков."Вырубая тропические леса и создавая каучуковые плантации, мы вторгаемся в естественные резервуары грибков-патогенов в почве и увеличиваем наше воздействие на них", - говорит Мортимер.
Лучший каучук получают из сока дерева Hevea brasiliensis, которое изначально произрастало в тропических лесах Бразилии. Южная Юньнань, особенно префектура Сишуанбаньна и муниципалитет Пуэр, хорошо подходят для выращивания именно этого вида. Посадочная кампания началась в Китае в 1970-х годах, и к началу прошлого века почти 70% тропических лесов Юньнани были заменены плантациями каучуковых деревьев. Даже сегодня экспансия продолжается. По официальным оценкам, в 2024 году в Юньнани будет почти 6 000 квадратных километров земли под плантациями каучуковых деревьев.
Одновременно быстрыми темпами продолжается урбанизация. В 2021 году более половины из 20-миллионного населения Юньнани проживало в городах и поселках. С расширением городов возникает потребность в строительстве новых зданий, дорог, туннелей и других объектов инфраструктуры, каждый из которых неустанно разрушает почву. Это изменчивое сочетание обширных каучуковых плантаций и быстрой урбанизации повышает уровень риска в Юньнани.
Миколог Дханушка Н. Ванасингхе, докторант Куньминского института ботаники, говорит: "В биоразнообразном лесу у грибов есть естественные враги, поэтому существует естественный контроль. Но если мы переводим эти земли в монокультурное сельское хозяйство или строим здания, то у этих грибковых патогенов не остается естественных врагов. Тогда они могут нанести вред людям, растениям и животным". Подобный сценарий разворачивается по всему миру.
За последние два десятилетия патогенные грибки привели к почти полному исчезновению видов летучих мышей в Северной Америке, убили почти половину всех лягушек в Центральной Америке и уничтожают колонии медоносных пчел по всему миру.
Грибки заражают даже морских черепах и кораллы, поскольку все больше и больше спор попадает вместе со сточными водами в теплые моря. Исследования Мортимера показали, насколько приспособляемы грибки Юньнани. На плантациях каучуковых деревьев в Сишуанбаньна грибки научились питаться самыми невероятными источниками: выброшенными пластиковыми пакетами и резиновыми отходами - лужами жидкости, стекающей после переработки сырого каучука.
Грибки, потребляющие пластик, могут показаться потенциальным решением проблемы растущих отходов. Но исследования группы Мортимера проливают свет на новое тревожное явление: когда лес в Юньнани заменяется каучуковыми плантациями, в почве появляются патогены растений - грибки, поражающие растения. Такие грибки представляют угрозу только для растений, но не для людей, отмечает Мортимер, однако он оговаривается: "Я не хочу преувеличивать, но вполне возможно, что в этих нарушенных системах могут появиться и другие патогены".
Его предупреждение порождает вопрос: какие грибки в Юньнани требуют пристального наблюдения? Никто не может сказать с уверенностью. "Я могу только сказать, что это возможно", - говорит Ванасингхе. "В Юньнани много, возможно, сотни видов грибов Aspergillus и Alternaria", - добавляет он. "Мы не изучили их должным образом и пока не знаем, насколько они опасны. Но, если количество спор в воздухе увеличится, люди с ослабленным иммунитетом или проблемами с дыханием могут стать очень восприимчивыми к заболеваниям."
Пандемия COVID-19 прояснила угрозу, исходящую от Aspergillus и Alternaria, подчеркивает Мортимер. Во всем мире эти грибки вызывали тяжелые легочные инфекции у людей, чей иммунитет был ослаблен тяжелой формой COVID-19. В Юньнани также есть сотни видов грибков Mucor, Fusarium и Morteriella. Мортимер объясняет, что эти обитающие в почве грибки "в большей степени являются патогенами растений, но есть и такие, которые инфицируют людей".
Обычно безобидный Mucor может вызывать мукормикоз - инфекцию легких, носовых пазух, а иногда даже мозга. Это заболевание поражает госпитализированных пациентов с ослабленным иммунитетом, а в некоторых странах оно привело к смерти многих людей с тяжелой формой COVID-19. Смертность при этом заболевании составляет почти 50%. Histoplasma, другой грибок, распространенный в Юньнани, вызывает гистоплазмоз - потенциально смертельную инфекцию легких.
"Этот грибок является доброкачественным почвенным грибком, живущим на гуано летучих мышей в пещерах, но он может стать патогеном. Люди заходят в пещеры, чтобы собрать гуано для удобрения, и теперь споры грибка распространяются повсюду. Исследования предсказывают, что это одно из заболеваний, которое мы будем наблюдать чаще", - утверждает Мортимер.
Во всем мире растет число грибковых заболеваний, и, согласно последним исследованиям, только в Китае от них страдают более 70 миллионов человек. Большинство из них, например, онихомикоз - инфекции ногтей - или грибковый кератит - инфекции глаз - относительно безвредны. Но некоторые очень опасны, например, криптококковый менингит - инфекция головного и спинного мозга.
Исследователей беспокоит то, что мало что известно о том, откуда взялись некоторые из этих видов грибков. Candida auris, обозначенная ВОЗ как критическая проблема, захватывает клиники по всему миру, вызывая инфекции кровотока. Уровень летальности может достигать 60%. Происхождение этого грибка до сих пор остается загадкой. Другой грибок - загадочные черные дрожжи Cladiphialophora bantiana, которые поражают мозг. Ученые понятия не имеют, откуда взялся этот грибок. К тому времени, когда проявляются симптомы - спутанность сознания, невнятная речь и частичный паралич - часто бывает уже слишком поздно, и инфекция почти всегда приводит к летальному исходу.
"Грибки невероятно оппортунистичны и очень адаптивны. Если среда, которую мы создаем, дает им возможность закрепиться, то мы увидим, как затем что-то зарождается", - говорит Мортимер. Он подчеркивает, что в Юньнани нет "сценария судного дня". Пока что грибки, находящиеся в стрессовом состоянии, поедают резину и пластик, но мы должны быть начеку". Мортимер подчеркивает важность создания системы проверки на наличие потенциальных грибковых патогенов до того, как земля будет преобразована в сельскохозяйственные поля, здания или дороги. "Чтобы минимизировать появление грибковых патогенов, простое решение - свести к минимуму земельные работы и вторжение в естественную среду обитания", - говорит он.
"Если вы не можете избежать такого переустройства земель, вы должны провести оценку биоразнообразия грибов в ландшафте, который будет затронут, чтобы увидеть, какие грибы присутствуют, а затем принять управленческое решение о том, продолжать или нет переустройство земель".
