Вирусный белок мог помочь возникновению царства грибов

Исследование предполагает, что более 90 000 видов грибов (включая плесени, дрожжи и шляпочные грибы) могли получить свои способности к росту, распространению и даже вызыванию болезней благодаря вирусному белку, захваченному более миллиарда лет назад.

В работе, опубликованной 10 мая в журнале eLife, учёные из Университета Дьюка и Стэнфордского университета выдвинули гипотезу: вирусный белок мог внедриться в геномы ранних грибов и «захватить» контроль над их клеточным делением, заставляя клетки производить больше вирусов. Со временем белок был усвоен хозяином и стал частью генома грибов, породив семейство белков, критически важных для образования спор, инвазии в ткани хозяина и других грибных характеристик.

«Это событие могло спровоцировать или облегчить возникновение всего царства грибов», — заявил ведущий автор Николя Бюклер, доцент биологии в Университете Дьюка.

Разный контроль одного процесса

Цикл роста и деления клеток строго контролируется. У растений и животных эту функцию на ранних стадиях выполняет семейство белков-транскрипционных факторов E2F. Однако у грибов ту же роль играет совершенно другой белок — SBF.

Это вызывает вопрос: если белки контроля клеточного цикла у животных и растений в целом схожи, то как у грибов (которые эволюционно ближе к животным, чем к растениям) появился настолько иной механизм?

Вирусное происхождение ключевого белка

Чтобы выяснить это, исследователи проанализировали геномы сотен эукариот (грибов, растений, животных). Белки, похожие на грибной SBF, не были найдены у амёб, водорослей или других организмов. Единственные совпадения обнаружились не у растений или животных, а у вирусов.

Результаты позволяют предположить, что грибы независимо приобрели свой белок SBF после отделения от животных около миллиарда лет назад, скорее всего, от вируса, который инфицировал клетки грибного предка и внедрился в его геном. Этот процесс известен как горизонтальный перенос генов.

Перспективы для борьбы с инфекциями

Идентификация этих вирусных по происхождению генов, которые теперь играют ключевую роль в росте грибов, может помочь в разработке новых противогрибковых препаратов. Такие лекарства могли бы избирательно ингибировать клеточное деление у патогенных грибов, не затрагивая клетки растений или животных-хозяев.

Ежегодно опасные грибковые инфекции, такие как криптококковый менингит и грибковая пневмония, уносят 1,5 миллиона жизней. Они представляют особую угрозу для людей с ослабленным иммунитетом. Грибковые патогены также вызывают болезни сельскохозяйственных культур, синдром белого носа у летучих мышей и коллапс пчелиных семей.

Эволюционный переход

Сейчас учёные пытаются понять, как вирусный белок смог интегрироваться в клеточный цикл, не нарушив жизнедеятельность клетки. Они изучают древние грибы, такие как почвенные хитридиомицеты, у которых, как считается, клеточное деление контролируется как E2F, так и SBF.

Это указывает на переходное состояние в эволюции грибов, когда оба контроллера сосуществовали у предка большинства современных видов, а затем E2F был утрачен и заменён своим вирусным «заместителем».

Эксперименты с одноклеточным грибом Saccharomyces cerevisiae (пекарскими дрожжами) показали, что SBF-белки дрожжей могут связываться с теми же участками ДНК, что и их аналоги E2F у животных. Это подтверждает идею, что SBF смог взять на себя контроль, активируя те же гены-мишени.

«Клеточный цикл грибов никогда не останавливался, он просто прошёл через период, когда у него было два контрольных переключателя, конкурирующих за одну и ту же генетическую "недвижимость"», — пояснил Бюклер.