По статистике, грибные заболевания уничтожают до 20% основных сельскохозяйственных культур как на полях, так и в хранилищах после сбора урожая, ставя под угрозу глобальную продовольственную безопасность. Более того, стремительный рост числа штаммов, устойчивых к существующим медицинским препаратам, превратил грибные инфекции в смертельную угрозу для человека. Ежегодно от поражений, вызванных патогенными грибами, в мире погибает около 3,8 миллиона человек.
Новое исследование команды ученых из Школы интегративной науки о растениях (SIPS) при Корнелльском университете, опубликованное в журнале PLOS Biology, предлагает новый подход к решению этих проблем — через управление «пищевым поведением» микроорганизмов.
Белок Cbr1: разрыв углеродной петли
В качестве объекта исследований авторы выбрали одноклеточный дрожжевой гриб Rhodotorula toruloides. В дикой природе грибы играют роль ключевых утилизаторов, возвращая питательные вещества из мертвой древесины и травы обратно в почву. Однако в процессе эволюции они выработали экономию энергии, так называемую углеродную репрессию.
Грибы больше всего «любят» простую глюкозу. Если она присутствует в среде, клетка выключает гены, ответственные за расщепление сложных растительных сахаров, например, целлобиозы (которая сама состоит из двух молекул глюкозы). Возникает замкнутая отрицательная обратная связь: как только сложный сахар начинает расщепляться до глюкозы, процесс его дальнейшей утилизации блокируется.
Используя передовые методы транскриптомики, команда под руководством доцента Лори Хуберман идентифицировала особый фактор транскрипции — белок Cbr1.
«Этот белок разрывает замкнутый круг отрицательной обратной связи, — поясняет Лори Хуберман. — Он не просто включает гены для расщепления сложных сахаров, но и блокирует сам механизм, который обычно их подавляет. Клетка продолжает активно поглощать окружающий углерод, даже если вокруг уже много свободной глюкозы».
Зеленые фабрики вместо нефтяных скважин
Открытие имеет важное значение для развития «зеленых» биотехнологий. Дело в том, что дрожжи R. toruloides называют «масличными» — они способны накапливать до 70% своей биомассы в виде липидов (жиров).
Благодаря открытию механизма Cbr1, этих микроорганизмов можно превратить в эффективные биофабрики. Их можно в промышленных масштабах кормить дешевыми сельскохозяйственными отходами или травой, выращенной на непригодных для традиционного земледелия почвах. Модифицированные грибы будут без остановки перерабатывать отходы, синтезируя экологически чистые пластмассы и биотопливо, способные заменить продукты нефтепереработки.
Оружие против патогенов
С другой стороны, понимание того, как грибы воспринимают еду, дает медикам и фитопатологам мишень для создания антимикотиков нового поколения. Хотя исследованный штамм R. toruloides безвреден, обнаруженный механизм универсален для большинства грибных организмов. Вмешательство в работу белка Cbr1 и его аналогов позволит искусственно нарушать метаболизм опасных патогенов. Лишив их возможности правильно реагировать на питательные вещества в тканях растений или организме человека, ученые смогут точечно «отключать» жизнедеятельность грибных клеток, полностью блокируя развитие инфекции.
Источник: Cornell University.
На графике вы видите модель опосредованной Cbr1 регуляции утилизации целлобиозы, гентобиозы, промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот и фукозы, а также репрессии катаболизма углерода. Источник: PLOS Biology (2026). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003983
