Wraz ze wzrostem temperatury nasilają się mutacje i rozrost wielu patogenów, powodując ich zwiększoną zakaźność. Według nowego badania podwyższona temperatura sprawia, że patogenny grzyb znany jako Cryptococcus deneoformans zmienia swoje reakcje adaptacyjne, szybciej się namnaża i staje się niebezpieczny dla naszego zdrowia.
Jak ocieplenie klimatu wpływa na rozwój patogenów i grzybów?
Świat jest pełen mikroorganizmów, które żyją zarówno poza ustrojem człowieka, jak i w naszym organizmie. Niektóre są dla nas korzystne, inne z kolei uznają nas za potencjalnych żywicieli i środowisko do bytowania, jednocześnie stanowiąc zagrożenia dla naszego zdrowia. Wiemy, że chorobotwórcze bakterie i wirusy to sprawcy śmiertelnych globalnych pandemii i przewlekłych infekcji. Jednak patogeny, jak dotąd bagatelizowane, a z którymi również musimy zacząć się liczyć to grzyby. Grzyby chorobotwórcze, takie jak popularne: Candida, Aspergillus, Cryptococcus, stanowią duże zagrożenie dla osób z obniżoną odpornością. Większość zdrowych osób nie musiało się nimi do tej pory martwić. Jednak może się to wkrótce zmienić.
Nowe badanie przeprowadzone przez Duke University School of Medicine wykazało, że wzrost temperatury powodują, że patogenny grzyb Cryptococcus deneoformans szybciej się namnaża. Dodatkowo ciepło powoduje, że rozwijają się u niego zmiany adaptacyjne w genomie. Niektóre z nich mogą przypuszczalnie prowadzić do wyższej odporności na ciepło, a inne do większego potencjału chorobotwórczego. Wyższa temperatura powoduje, że transpozony, czyli tzw. skaczące geny częściej zmieniają swoje pozycje w DNA grzyba, co prowadzi do zmian w sposobie wykorzystywania i regulacji jego genów.
„Te ruchome elementy prawdopodobnie przyczynią się do adaptacji w środowisku i podczas infekcji” – powiedziała dr genetyki molekularnej i mikrobiologii Asiya Gusa z Duke School of Medicine. „Może to nastąpić jeszcze szybciej, ponieważ stres cieplny przyspiesza liczbę występujących mutacji”. To odkrycie jest niczym historia z serialu HBO „The Last of Us”, w którym utopijny krajobraz został zmieniony pod wpływem przystosowanego do ciepła grzyba, który powoduje pandemię mocno wpływającą na ludzi.
Nowa pandemia patogennych grzybów?
Autorka badania dodaje: „To nie są standardowe choroby zakaźne; nie przekazujemy sobie nawzajem grzybów” – powiedziała dr Gusa. „Ale zarodniki są w powietrzu. Cały czas wdychamy zarodniki grzybów, a nasz układ odpornościowy musi je zwalczać”. Zarodniki grzybów są na ogół większe niż wirusy, więc istniejące zapasy masek na twarz przeciwko Covidowi prawdopodobnie wystarczyłyby, aby je powstrzymać. Na razie to i ciepło twojego ciała. „Choroby grzybicze rosną, głównie z powodu wzrostu liczby osób, które mają osłabiony układ odpornościowy lub inne schorzenia” – powiedziała Gusa. Jednocześnie grzyby chorobotwórcze mogą również przystosowywać się do wyższych temperatur.
W przeprowadzonym badaniu razem z profesor Sue Jinks-Robertson, Gusa skoncentrowała się na trzech ruchomych elementach, które były szczególnie aktywne podczas stresu cieplnego u C. deneoformans. Dodała, że w tym gatunku jest 25 kolejnych elementów transpozycyjnych, które mogą z łatwością się przemieszczać. Zespół wykorzystał sekwencjonowanie DNA, aby zobaczyć zmiany, a analiza obliczeniowa pozwoliła im zmapować transpozony i ich ruch.
Jeden z elementów transpozycyjnych, nazwany T1, miał tendencję do wstawiania się między kodujące geny, co mogło prowadzić do zmian w sposobie sterowania genami. Z kolei inny element, zwany Tcn12, zmieniając swoje miejsce w sekwencji genu, potencjalnie zakłócał funkcję jednego z genów, prowadząc do lekooporności. Rodzaj Cnl1 miał tendencję do lokalizowania się w pobliżu lub w sekwencjach telomerowych na końcach chromosomów, jednak efekt tego działania nie został jeszcze w pełni zrozumiany. Zwiększona ruchomość elementów transpozycyjnych była bardziej wyraźna u grzybów żyjących u myszy niż w kulturach komórek laboratoryjnych. „Widzieliśmy dowody na zwiększony ruch wszystkich trzech elementów transpozycyjnych w genomie grzyba w ciągu zaledwie dziesięciu dni od zakażenia myszy” – powiedział Gusa.
Wyniki wykazały, że stres cieplny przyspieszył mutacje grzyba. Po 800 pokoleniach wyhodowanych w pożywce laboratoryjnej tempo mutacji transpozonowych było pięciokrotnie wyższe u grzybów hodowanych w temperaturze ciała (37 stopni Celsjusza) w porównaniu z grzybami hodowanymi w temperaturze 30 stopni Celsjusza.
„To fascynujące badanie, które pokazuje, jak ocieplenie klimatu może wpływać na ewolucję grzybów w nieprzewidywalnych kierunkach” – powiedział dr Arturo Casadevall, kierownik mikrobiologii molekularnej i immunologii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa. „W miarę ocieplania się świata transpozony w grzybach, takich jak Cryptococcus neoformans, mogą stać się bardziej mobilne i zwiększyć zmiany genomowe w sposób, który może zwiększyć zjadliwość i lekooporność. Jeszcze jedna rzecz, o którą należy się martwić w związku z globalnym ociepleniem!”
Nadszedł czas, aby poważnie zająć się grzybami chorobotwórczymi, powiedziała Gusa. „Tego rodzaju zmiany stymulowane stresem cieplnym mogą przyczyniać się do ewolucji cech patogennych grzybów zarówno w środowisku, jak i podczas infekcji. Mogą ewoluować szybciej, niż się spodziewaliśmy”. Następna faza tych badań będzie dotyczyła patogenów pochodzących od pacjentów, u których wystąpiła nawracająca infekcja grzybicza.
Na podstawie: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209831120