Грибная соната: как «принцип фортепиано» помогает понять вторичный метаболизм грибов

Грибы — удивительные организмы, способные синтезировать разнообразные соединения, полезные для биотехнологии, медицины и промышленности. Но как они это делают? Ученый из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН) предложил необычную модель, объясняющую этот процесс. Он назвал ее «принципом фортепиано» и сравнил извлечение звуков музыкальным инструментом с выработкой грибами биологически активных веществ. Это открытие может помочь создавать новые лекарства, биотопливо и другие продукты на основе грибных метаболитов.


Грибные метаболиты — вещества, которые образуются в результате химических превращений, происходящих в грибных клетках. Они могут быть как продуктами основного обмена веществ (первичными метаболитами), так и продуктами специфического обмена, характерного для определенных видов или групп грибов (вторичными метаболитами). Вторичные метаболиты часто имеют биологическую активность и могут влиять на другие организмы, с которыми грибы взаимодействуют. Среди них есть токсины, антибиотики, ферменты, пигменты, алкалоиды, стероиды и другие соединения. Некоторые из них имеют большое практическое значение для человека и используются в различных отраслях биотехнологии.

Автором этой модели является кандидат биологических наук, руководитель группы генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН Александр Жгун. Он опубликовал свои идеи в научном журнале «Applied Biochemistry and Microbiology» под названием «Принцип фортепиано: новая концепция синтеза вторичных метаболитов грибами». В этой статье он рассказывает о том, как грибы используют различные факторы окружающей среды, такие как температура, влажность, питательные вещества, для активации или подавления определенных генов, отвечающих за синтез вторичных метаболитов. Эти гены можно сравнить с клавишами фортепиано, а факторы окружающей среды — с пальцами пианиста, которые нажимают на них в разной последовательности и комбинации, создавая разнообразную музыку. Таким образом, грибы могут адаптироваться к изменяющимся условиям и производить нужные им соединения.

Чтобы понять, как работает «принцип фортепиано», нужно рассмотреть примеры вторичных метаболитов грибов, которые имеют различную биологическую активность и синтезируются в зависимости от условий окружающей среды. Например, грибы рода Fusarium могут производить разные типы микотоксинов, таких как энниатины, фузариотоксины, зеараленон и др. Эти соединения могут вызывать отравления у животных и человека, а также повреждать растения. Однако они также могут иметь положительные свойства, такие как антибактериальная, противогрибковая, противоопухолевая и иммуномодулирующая активность. Синтез этих метаболитов регулируется различными факторами, такими как температура, влажность, освещение, состав питательной среды и наличие конкурентов или хозяев. Грибы могут включать или выключать определенные гены, отвечающие за синтез этих соединений, в зависимости от того, что им выгодно в данной ситуации.

Эта модель может помочь улучшить биотехнологическое использование грибов и их метаболитов. Если мы сможем понять, какие факторы окружающей среды влияют на синтез тех или иных соединений, мы сможем создавать оптимальные условия для получения нужных нам продуктов. Также мы сможем избегать нежелательных эффектов, связанных с токсичностью некоторых метаболитов. Кроме того, мы сможем искать новые соединения с потенциальной биологической активностью, анализируя гены и метаболиты разных видов грибов.