Тайный язык микробов

Социальные микробы часто взаимодействуют друг с другом избирательно, предпочитая тех, кто имеет общие определённые гены. Однако основа такого поведения, известного как «родственная дискриминация», часто остаётся неясной. Новое исследование раскрывает так называемую систему «зелёной бороды», которую использует гриб, чтобы решить, стоит ли ему приближаться к новой особи в окружении и сливаться с ней.

Исследование, проведённое в Калифорнийском университете (Беркли) и опубликованное в журнале PLOS Biology 14 апреля, показывает, что нитчатый гриб Neurospora crassa использует набор высокодивергентных генов, чтобы на расстоянии отличать «свои» клетки от «чужих» и активно искать предпочитаемые клетки (того же «рода»).

Этот механизм дискриминации соответствует гипотезе «эффекта зелёной бороды» — модели, предложенной Ричардом Докинзом для объяснения эволюции родственной дискриминации. Согласно этой системе, организмы должны приобрести три признака: произвольную особенность («зелёную бороду»), способность обнаруживать эту особенность у других и склонность отдавать предпочтение таким особям.

Когда генетически идентичные бесполые споры Neurospora crassa прорастают (их называют проростками), они вступают в хемотропные взаимодействия и в итоге сливаются. «Эти генетически идентичные клетки ведут диалог, попеременно «слушая» и «говоря», что необходимо для хемотропных взаимодействий», — говорит ведущий автор, профессор Н. Луиза Гласс. В этом исследовании учёные изучили, как общаются генетически разные проростки, и к своему удивлению обнаружили, что популяции N. crassa делятся на дискретные коммуникационные группы.

«Кажется, все штаммы говорят на одном базовом грибном языке, но из-за разных диалектов некоторые штаммы не могут понять друг друга и поэтому не способны установить коммуникацию, необходимую для слияния клеток», — говорит первый автор исследования доктор Йенс Хеллер.

Проростки из одной коммуникационной группы химически притягиваются друг к другу, а проростки из разных групп прорастали мимо, чтобы найти проросток своего типа. Авторы впоследствии идентифицировали конкретный набор высоковариабельных генов (названных «определителями коммуникации» или doc-генами) в популяциях N. crassa, которые определяют принадлежность к коммуникационной группе.

Анализируя частоту коммуникации у штаммов, лишённых doc-генов, или у которых версии doc-генов, ассоциированные с другой коммуникационной группой, были «заменены», авторы показали, что генетические различия в doc-генах необходимы и достаточны для определения идентичности «свой». В то время как генетически разные штаммы с идентичными doc-генами демонстрируют до 95% частоты коммуникации, штаммы, идентичные во всём остальном, но различающиеся только версией doc-генов, общаются с частотой менее 10%. «Нам было удивительно и интересно увидеть, насколько хорошо на самом деле работает эта система родственной дискриминации», — говорит доктор Йенс Хеллер. Эти данные указывают, что doc-гены функционируют как гены «зелёной бороды», участвуя в опосредовании распознавания «своих» на расстоянии путём активного поиска особей своего типа, что приводит к кооперации между неродственными особями.

Слияние проростков даёт N. crassa преимущества в приспособленности, такие как более быстрое образование колонии. Доктор Хеллер отмечает: «Поскольку мы знаем, что запрограммированная гибель клеток может быть результатом слияния несовместимых партнёров у N. crassa, выбор правильного партнёра на расстоянии может быть важен». Профессор Гласс, руководитель исследования, резюмирует: «Наши открытия раскрывают ранее недооценённую сложность грибной коммуникации. Мы лишь слегка коснулись поверхности в изучении общения и взаимодействий этих загадочных организмов».