Американські дослідники показали, що тепловий стрес збільшує мобільність транспозонів, а разом з ними і кількість мутацій у патогенних грибів Cryptococcus. Із цього вони роблять висновок, що глобальне потепління сприятиме їхньому кращому пристосуванню до температури людського тіла та набуття більшої патогенності, а крім того призводитиме до появи нових патогенів серед грибів. Дослідження опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Гриби Cryptococcus під мікроскопом. CDC/ Dr. Leanor Haley / Wikimedia Commons
Що це за гриби і як на них впливає глобальне потепління?
Cryptococcus представлений комплексом видів грибів відділу базидієвих. Вони живуть у відкритому середовищі — ґрунті, природних субстратах, в інших рослинах і тваринах, часто в організмі птахів. Але водночас вони можуть спричиняти важкі інфекції мозку та внутрішніх органів у людей при вдиханні їхніх спор або бути причиною уражень шкіри. Більшою мірою це стосується людей, що мають порушення роботи імунної системи, однак деякі види криптококів інфікують і здорових людей.
Гриби, які звичайно живуть в навколишньому середовищі, не часто бувають збудниками інфекцій у тварин, особливо ссавців, зокрема серед криптококів. Це пояснюється тим, що вони погано витримують тепло нашого тіла. Утім, очікують, що глобальне потепління сприятиме тому, що гриби будуть пристосованішими до високих температур, а отже, матимуть вищі шанси інфікувати людей. Науковці Дюкського університету провели власне дослідження, яке підтверджує цю думку.
Яким чином досліджували вплив тепла на патогенність грибів?
Стреси, як-от радіаційний чи тепловий, можуть призводити до раптових змін у геномі. Одним із механізмів цього є збільшення мобільності транспозонів — ділянок ДНК, які не кодують функціональний білок, але здатні переміщатися по геному. Такі переміщення можуть спричиняти поломки, але також мутації, що у випадку патогенів можуть робити їх стійкішими та агресивнішими. Наприклад, у криптокока C. neoformans активність транспозонів спричинила у лабораторії стійкість до протигрибкових препаратів. Тож вчених зацікавило, що відбувається з транспозонами криптококів за високої температури середовища.
Дослідники почали вирощувати криптокок C. deneoformans за температури 30 або 37 градусів Цельсія. При цьому вони звертали увагу на кількість мутацій та переміщення транспозонів з плином 800 поколінь, звертаючи увагу на такі три транспозони: T1, що має тенденцію вставлятися між генами; Tcn12, що вставляється часто у самі гени; Cnl1, який вставляється на кінцях хромосом і який пов'язують із набуттям стійкості до протигрибкових препаратів.
Що зробило тепло з грибами?
Висока температура справді збільшила активність транспозонів, але за температури 37 градусів Цельсія вчені відмітили у п'ять разів більше нових копій транспозонів, ніж за нижчої. Більшою мірою це забезпечувалося зростанням мобільності транспозонів Tcn12 та Cnl1. Схожі результати вчені отримали при дослідженні C. deneoformans, добутих з легень, нирок і мозку інфікованих мишей. Усього за 10 днів інфекції, під час яких з'явилося близько 8-10 поколінь патогену, у грибів відбулися переміщення усіх трьох типів транспозонів у геномі. Вчені висновують, що спричинені тепловим стресом мутації можуть відбуватися в організмі набагато швидшими темпами, ніж це очікувалося. Можливо, цьому сприяє ще й тиск з боку імунної системи.
Глобальне потепління, окрім безпосереднього теплового впливу, сприяє поширенню грибних спор, а це означає, що більше людей стикатимуться з ними. Як показує дослідження, вони активно мутуватимуть в теплому середовищі організму, збільшуючи ризик появи нових небезпечних патогенів серед грибів. Через це автори наголошують на критичній потребі створення вакцин та ефективних ліків проти патогенних грибів.
Прикладом того, як зміна клімату може породжувати нових збудників може бути стійка до ліків Candida auris. Дослідження підказують, що ще недавно вона жила у навколишньому середовищі, але стала небезпечним патогеном в останнє десятиліття через глобальне потепління, пристосувавшись до тепла людського тіла.