Как приручали плесневые грибы

Учёные попытались понять, как древние пивовары «одомашнили» гриб аспергилл, заставив его сотрудничать с дрожжами и отказаться от синтеза токсинов.

Культура A. oryzae (слева) и A. flavus (справа) (здесь и ниже иллюстрации авторов работы).

Что общего между собакой, кошкой и, скажем, кукурузой? Всё это — одомашненные организмы, и их одомашниванию посвящено огромное количество работ. Исследователи прилежно восстанавливают облик предков домашних животных, чтобы понять, какие генетические изменения происходили с ними по воле и против воли человека. Но если одомашнивание животных и растений исследовано подробно, то о микроорганизмах этого не скажешь: тут наука продвинулась не слишком далеко.

Отчасти это можно объяснить тем, что мы просто не задумываемся, что и пиво, и вино, и сыр, и кислая капуста создаются для нас определёнными штаммами бактерий и грибов, которые за свою историю прошли тот же путь, что и коровы с собаками. Очевидно, с ними должны были происходить какие-то изменения, одомашненность должна была отпечатываться в их геноме, но что это были за изменения — до сих пор загадка. Учёные из Университета Вандербильта (США) — одни из немногих, кто изучает эту проблему. Объектом исследования они выбрали гриб Aspergillus oryzae, который используется при производстве саке, соевого соуса и мисо. Ближайшим диким родственником A. oryzae является Aspergillus flavus.

Геномы этих видов совпадают на 99,5%. Тут следует вспомнить, что человек и шимпанзе генетически похожи друг на друга на 99%, а индивидуальные различия между людьми в среднем составляют 0,1%. То есть разница в полпроцента между A. oryzae и A. flavus на деле довольно велика. Эти грибы действительно сильно различаются: A. oryzae безвреден, а A. flavus — патоген, заражающий некоторые важные сельхозкультуры и синтезирующий смертельно опасный афлатоксин.

Схема эволюции A. oryzae.

В статье, опубликованной в журнале Current Biology, исследователи приходят к выводу, что «домашний» A. oryzae действительно произошёл от «дикого» предка, весьма похожего на A. flavus. На это указывают характер генетических изменений, отличающих один плесневый гриб от другого. Инициатива, естественно, принадлежала человеку: тысячи лет назад пивовары с Дальнего Востока обратили внимание на плесень, которая не только не портила конечный продукт токсинами, а даже наоборот — слегка улучшала. Нетоксичный гриб изолировали и предоставили ему тепличные условия для развития. Поскольку теперь он имел в избытке питательных ресурсов и не должен был ни от кого защищаться, метаболизм аспергилла сместился преимущественно в сторону расщепления крахмала в сахара. Гриб начал изощряться в синтезе ферментов, которые позволяли бы проделывать это с максимальной эффективностью. В то же время вторичные метаболиты, предназначающиеся для производства средств защиты и нейтрализации конкурентов, утратили, что называется, свою актуальность.

Сейчас A. oryzae трудится совместно с дрожжами: сахара после расщепления крахмала поступают «на стол» дрожжам, которые превращают их в спирт. Сами дрожжи могут не бояться своего компаньона: токсичные свойства при отсутствии конкурентной борьбы он давно потерял.

В отличие от одомашнивания животных и растений, где основное внимание уделялось параметрам роста (продуктивности) и внешнему виду, аспергилл прошёл через «метаболическое одомашнивание»: людей интересовало то, как гриб получает энергию и какие соединения синтезирует. Пригодятся ли полученные результаты в приручении каких-нибудь новых грибов, покажет время.

Подготовлено по материалам Университета Вандербильта.