Samolubny gen pobudza współpracę społeczną u drożdży
Naukowcy, których badania są finansowane ze środków unijnych, zidentyfikowali pojedynczy gen, który pobudza pro-społeczne zachowania u drożdży. Komórki drożdży, które mają gen FLO1, będą dosłownie trzymać się razem, aby chronić się nawzajem przed zagrożeniami typu antybiotyki czy alkohol. Podczas gdy komórki drożdży pozbawione genu FLO1 są wykluczane z grupy. Poza pogłębieniem wiedzy na temat ewolucji społecznych zachowań i funkcjonowania samolubnych genów, odkrycie może okazać się przydatne w przemyśle browarniczym oraz w szpitalach, gdzie wiele typów drożdży wywołujących choroby aglutynuje się, co sprawia, że wyjątkowo trudno jest je usunąć. Prace, których wyniki opublikowano w czasopiśmie Cell, zostały w części sfinansowane ze środków unijnych projektu FUNGWALL (Komórki grzybów jako cel terapii przeciwgrzybicznych) finansowanego w ramach tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Zdolność drożdży (Saccharomyces cerevisiae) do aglutynacji jest dobrze znana w przemyśle browarniczym, który wykorzystuje ją do usuwania drożdży z piwa po zakończeniu fermentacji. Jednakże ta właściwość była w dużej mierze pomijana przez naukowców, stąd u wielu szczepów drożdży wykorzystywanych w laboratoriach tendencja do aglutynacji została wyeliminowana. W ostatnich badaniach naukowcy z Belgii, Francji i USA wyjaśniają w jaki sposób pojedynczy gen, FLO1, ponosi odpowiedzialność za aglutynacyjne zachowania drożdży. FLO1 wytwarza lepkie białko na powierzchni komórek, które powoduje sklejanie się pojedynczych komórek drożdży i formowania dużych aglutynatów (zwanych również kłaczkami), składających się z tysięcy komórek. Komórki wewnątrz aglutynatu są chronione przed stresem, antybiotykami i innymi zagrożeniami przez komórki zewnętrzne, które poświęcają się dla wspólnego dobra. Można byłoby się spodziewać, że taki system sprzyja "oszustom", czyli komórkom, które nie angażują się w wytwarzanie lepkiego białka, ale korzystają z ochrony, jaką daje aglutynacja. Oszuści mieliby się teoretycznie znacznie lepiej niż uczciwe komórki i ostatecznie zdominowaliby populację. W rzeczywistości zdarza się to jednak rzadko. Współpraca często przynosi korzyści zarówno niosącemu pomoc jak i korzystającemu z niej. Jednostki mogą mieć skłonność do pomagania krewnym, gdyż to również może przyczynić się do przekazania genów (obecnych również u krewnych) następnemu pokoleniu. Jednakże w przypadku drożdży, FLO1 radzi sobie z problemem oszustów w inny sposób. "Choć to niezwykłe, komórki wykazujące ekspresję FLO1 nie tylko współdziałają przeciwko stresowi, ale również są w stanie wykluczyć z kłaczka te komórki, które nie wykazują ekspresji FLO1, pozostawiając optymistycznych oszustów bez ochrony" - wyjaśnił Kevin Verstrepen z Uniwersytetu Harvarda w USA oraz z Flandryjskiego Instytutu Biotechnologii (VIB) w Belgii. "Wszystko to za sprawą jednego genu." Naukowcy zasugerowali, że cały mechanizm może być całkiem prosty: dwie komórki z białkiem FLO1 mogą utworzyć dwustronne wiązania, które są silniejsze od jednostronnych interakcji między komórką z lepkim białkiem a komórką bez takiego białka. Wpływ FLO1 jest tak silny, że komórki różnych gatunków drożdży chętnie będą trzymać się razem pod warunkiem posiadania przez nie genu FLO1. To skłoniło naukowców do przypuszczeń, że FLO1 może być genem "zielonej brody". To geny, które pobudzają do współpracy i zapewniają, że altruistyczne jednostki są identyfikowalne, co umożliwia wykluczanie oszustów i ochronę przed zdominowaniem przez nie populacji. Do tej pory znaleziono bardzo niewiele genów zielonej brody. "FLO1 daje także znamienne dowody na poparcie teorii samolubnego genu, która stawia geny, a nie genomy, w centrum ewolucji" - zauważył Kevin Foster z Uniwersytetu Harvarda. "FLO1 to samolubny gen, który działa na rzecz własnej proliferacji bez większego wpływu ze strony pozostałych genów genomu - chociaż, co wydaje się niesamowite, przeprowadza ten samolubny akt, sprzyjając jednocześnie współpracy społecznej." Wyniki pracy mogą mieć istotne implikacje praktyczne. Naukowcy stwierdzili, że drożdże wytwarzają lepkie białko FLO1 jedynie wówczas, kiedy obecność innego związku chemicznego mówi im, że w pobliżu znajdują się duże ilości innych komórek drożdży; browarnicy mogą wykorzystać tę informację do kontrolowania zachowania aglutynacyjnego drożdży, aby zoptymalizować produkcję piwa. W warunkach klinicznych komórki drożdży wywołujące chorobę zwykle aglutynują się w warstwę biologiczną, z którą niezwykle trudno sobie poradzić. W przypadku osób z osłabionym układem immunologicznym w następstwie leczenia raka, zakażenia HIV lub transplantacji organu, takie zakażenia mogą okazać się śmiertelne. "Tysiące ludzi umiera każdego roku nie z powodu AIDS czy raka, ale z powodu infekcji drożdżycowych" - powiedział dr Verstrepen. "Po przedostaniu się do krwioobiegu, choroba ta staje się śmiercionośna." Naukowcy wyrazili nadzieję, że wiedza o tym, co powoduje aglutynację drożdży może pomóc lekarzom w zwalczaniu tego typu infekcji.
Kraje
Belgia, Francja, Stany Zjednoczone