3 декабря 2019
Святослав Иванов
Грибы — одно из самых малоизученных и сложных царств живой природы. В царство грибов, которое стало отдельным только в 70-х годах прошлого века, входит до 1,5 млн видов организмов, сочетающих в себе как признаки растений, так и животных. «Хайтек» подробно рассказывает, почему человечество опасается некоторых грибов и как происходит их изучение.
Первым, кто хотел отделить царство грибов от других, был шведский ботаник Элиас Фрис еще в 1831 году. Именно он считается отцом микологии — науки о грибах, которая еще до второй половины прошлого века считалась простым направлением ботаники. При этом первое упоминание грибов в научной литературе было еще у Аристотеля.
Микологию начали выносить в отдельное направление примерно в 1970-х годах, когда сформировалось представление о полифилетизме грибов — процессе, когда организмы можно собирать в подгруппы не по родственному признаку, а по каким-то общим свойствам — даже без наличия у них общего предка.
Понимание этого процесса сформировалось не сразу, а только после накопления достаточно большого количества знаний по генетике, цитологии и биохимии. Именно поэтому научный термин «грибы» сейчас является неоднозначным, и в него входит довольно большое количество понятий.
Биологическое и экологическое разнообразие грибов насчитывает порядка 250 тыс. видов, а по некоторым оценкам — до 1,5 млн видов и даже до 3,8 млн видов.
Грибы считаются одним из наибольших царств на Земле
При этом официально наукой описаны только 36 классов, 140 порядков, 560 семейств, 8 263 употребляемых родовых названий, 5 101 родовой синоним и 120 тыс. видов грибов. Из них не менее 8 тыс. вредны для растений и 300 — патогенны для человека.
Грибы находятся практически во всех экологических нишах биосферы — в воде, на суше, в почве и воздухе. Грибы, являясь редуцентами, разлагают всевозможные органические материалы и помогают образовываться плодородным почвам.
Некоторые типы грибов помогают млекопитающим переваривать растительную почву. Многие из видов подцарства высших грибов (как раз то, что в культуре и называется грибами) являются съедобными для человека и входят в кухни народов по всей Земле. Кроме того, микрогрибы используются промышленностью для приготовления напитков с помощью брожения, их применяют для создания антибиотиков и других лекарственных средств, а также в химических целях. Вред от грибов
Грибы могут быть не только полезными, но и достаточно разрушительными и опасными в зависимости от условий, в которых они оказались.
Например, фитопатогенные грибы, в ненарушенных природных экосистемах обычно не наносящие вреда, могут вызывать эпифитотии — сильные инфекции — в сельскохозяйственных посадках, древесных насаждениях и в лесах, где ведется хозяйственная деятельность. У человека и животных грибки вызывают кожные заболевания, а иногда и поражения внутренних органов. Очень опасны и могут приводить к смертельному исходу отравления различными ядовитыми грибами, а также микотоксикозы — отравления пищевыми продуктами, зараженными токсинами микроскопических грибов.
При этом грибы обладают одним из самых быстрых и эффективных навыков для приспособления и эволюции. Они очень быстро привыкают к противогрибковым медицинским препаратам, эволюционируют и перестают на них реагировать — это приводит к тому, что ученым приходится постоянно искать новые противогрибковые соединения, к которым еще не привыкли существующие виды грибов.
Болезни человека и животных, которые вызываются паразитическими грибками, называются «микозы». Существует два основных деления микозов — внешние (кожные и ногтевые) и внутренние:
Дерматомикоз — кожные заболевания, вызываемые грибами Trichophyton и Microsporum.
Кандидоз — вызывается Candida albicans, которые перманентно находятся в организме каждого человека.
Онихомикоз — грибковое заболевание ногтей, вызывается грибками-дерматофитами Trichophyton rubrum, Trichophyton interdigitale, Trichophyton tonsurans, реже Epidermophyton floccosum и Microsporum canis.
Пестрый или отрубевидный лишай — тоже кожное заболевание, характеризуется образованием чешуек, вызывается грибком Malassezia furfur.
Черный лишай — во время болезни на ладонях и подошвах образует коричневые или черные пятна, вызывается Exophiala werneckii.
Черная пьедра — колонизирует и живет в волосах, вызывается грибком Piedraia hortae.
Белая пьедра — микоз волос головы, усов, бороды, вызывается Trichosporon beigelii.
Споротрихоз — микоз как кожи, так и внутренних органов, вызываемый грибами рода Sporotrichium.
Себорея — кожное заболевание, вызываемое дрожжеподобным грибом Pityrosporum ovale.
Аспергиллез — группа заболеваний, вызываемых плесневыми грибами рода Aspergillus.
Кроме того, есть несколько видов глубоких микозов: бластомикоз, кокцидиоидомикоз, гистоплазмоз и паракокцидиоидомикоз. Они поражают внутренние органы человека и очень опасны для здоровья.
Недавно исследовательская группа из Университета Бата и Университета Сан-Паулу нашла рецепторы у грибков, воздействие на которые снижает скорость их размножения и возможность эволюции.
По сути, биологи открыли ряд рецепторов грибка, которые связаны с так называемым G-белком (GPCR) — они отвечают за чувство голода. Эти рецепторы потенциально могут стать инструментом для замедления эволюции грибов, их эволюции в области повышенной вирулентности, а также устойчивости к противогрибковым химическим веществам.
Например, грибок Aspergillus, в котором нашли эти рецепторы, размножается половым путем только в случае, если он хорошо питается и находится в темноте. Его половое размножение рекомбинирует ДНК родителей — меняет его для создания генетически разнообразных потомков, которые быстро распространяются в окружающей среде в виде спор.
Для грибов крайне важно подобное генетическое разнообразие, чтобы адаптироваться к новым условиям, способствуя развитию болезней или противогрибковой резистентности.
При этом, если активировать эти рецепторы, грибки перестают так быстро размножаться и менять ДНК своих родителей. По словам доктора Нила Брауна из отдела биологии и биохимии в Университете Бата, случалось, когда грибки приспосабливались к лекарственным средствам буквально через несколько месяцев после их появления. Это негативно сказывается на всей медицине в целом и на биологии в частности.
При этом грибы могут эволюционировать настолько, что начинают пожирать окружающих их бактерий. Недавно международная научная группа исследовала геном гриба Sodiomyces alkalinus (S. alkalinus) — он обитает только на берегах гиперсоленых озер и, как оказалось, питается бактериями, тогда как обычные грибы живут в кислых средах и могут перерабатывать чаще всего только растения.
Оказалось, что приспособиться к такой среде позволила потеря огромного количества генов, отвечающих за переработку растительности, и приобретение новых, позволяющих питаться бактериями и ракообразными.
Опасность грибов для будущего человечества
Грибы опасны не только для человека на Земле, но и для возможных колонизаций других планет. Точно известно, что грибки выживают в открытом космосе достаточно долгое время. Сейчас все сборки роверов, которые передвигаются по Марсу или Луне, происходят в абсолютно стерильных условиях — в том числе для того, чтобы не занести грибки на другие планеты.
Эксперты НАСА недавно выпустили исследование, согласно которому, грибки будут представлять особую опасность для первых колонистов, которые решат отправиться на Марс. Через 30 дней существования людей в одном — достаточно замкнутом — помещении, количество грибков существенно возрастало. При этом рост происходил в основном за счет тех видов грибка, которые опасны для человеческого организма.
Пока ученые до конца не понимают, как можно противостоять грибкам, которые, как и многие бактерии, давно научились эволюционировать для обхода различных препаратов и инструментов. При этом биологи проводят множество исследований структуры самих организмов, которые смогут не только увеличить знания о процессах, но и расширить само представление науки об этом царстве.
