Bioloog Paul Rowley onthult de geheimen van moordenaarsgist en slimme schimmelwerende middelen

Liefhebbers van lekker eten en drinken overal zullen verrast zijn om dat te leren Saccharomyces cerevisiae - een gistsoort die zorgt voor de heerlijke gisting in onze favoriete voedselgroepen bier, brood en wijn - is chronisch geïnfecteerd met virussen. Veel van hen. Sterker nog, zelfs sommige onderzoekers die hun carrière in dit organisme hebben doorgebracht, zijn zich hier niet bewust van, zegt Paul Rowley, expert in gistvirussen en universitair docent aan de Universiteit van Idaho.

"In elke cel kunt u maximaal negen verschillende soorten virussen hebben die de cel infecteren", vertelt hij omgekeerde.

Het is verrassend, maar er is niets om je zorgen over te maken. Je bier is veilig en de gist is niet echt ziek. Zo weinig mensen letten op deze virussen omdat ze onder de meeste omstandigheden niet zoveel doen. In tegenstelling tot de virussen waaraan we meer gewend zijn, reproduceren ze zich niet in een cel totdat deze barst en sterft, waardoor ze kunnen doorgaan naar nieuwe hosts. In plaats daarvan verspreiden ze zich door celseks - wanneer twee haploïde gistcellen bij elkaar komen. De virussen doen het goed wanneer hun gastheren het goed doen, dus kenmerken die schadelijk zijn voor de gastheeromgeving zijn niet in hun evolutie. Ze zijn de supergemiddelde en bijna volledig goedaardige soa's van de gistwereld - zoals herpes als herpes niet af en toe in jeukende zweren losbarstte en dodelijke kankers.

Hier is de draai: onder een zeer specifieke reeks omstandigheden, gaan de virussen van goedaardig naar nuttig, en zenden ze toxines uit die onschadelijk zijn voor de geïnfecteerde gastheer, maar dodelijk voor andere gisten en schimmels, waardoor de gastheercel verandert in een zogenaamde "killer gist". "Door de concurrentie uit te schakelen, helpt het virus zichzelf - en dus zichzelf - te laten slagen.

Het is een bizar fenomeen en een dat nog niet volledig wordt begrepen door wetenschappers. Maar als we de geheimen van deze moordende gistsystemen konden ontsluiten, zou het de wereld kunnen veranderen, zegt Rowley.

"We 'verslaan' bacteriën, eigenlijk, voor een korte tijd, met antibiotica; we hebben nog nooit schimmels verslagen, "zegt Rowley." Ze zijn er altijd geweest en ze zijn altijd al doordringend geweest in hun aanval op onze gewassen en ons levensonderhoud. Miljarden dollars aan gewassen gaan elk jaar verloren als gevolg van schimmelinfectie vóór de oogst of bederf na de oogst."

Uitgaande van de van nature voorkomende toxines geproduceerd door deze moordende gist, kan het mogelijk zijn om de penicilline van de schimmelwereld te ontwikkelen, alleen beter. In plaats van alle soorten schimmels in een omgeving weg te vagen, kunnen deze toxines in theorie zodanig worden gemanipuleerd dat ze zich specifiek richten op het organisme dat problemen veroorzaakt, terwijl microben ongedeerd blijven bijdragen aan een gezond ecosysteem.

Stelt u zich eens voor effectieve en doelgerichte wapens tegen aardappelziekte, die in de 19e eeuw hongersnood door Europa verspreidde, of kastanjebruine schimmel, die de Amerikaanse kastanjeboom tot in de 20e eeuw met uitsterven bedreigde. Tegenwoordig heeft de schimmelziekte zich op een belangrijke manier in het dierenrijk verspreid, en bedreigt ze bijen, vleermuizen en amfibieën in veel delen van de wereld met hun hele bestaan. De gevolgen voor ecosystemen, voedselvoorziening en volksgezondheid die het gevolg zijn van deze verliezen zijn enorm.

De droom van slimme fungiciden gericht tegen deze bedreigingen kan worden bereikt in het leven van Rowley, zegt hij. Maar eerst moeten wetenschappers het soort basisexperimenten doen die leiden tot een beter begrip van hoe moordenaargisten werken. Het briljante aan deze gifstoffen is dat ze op eiwitten zijn gebaseerd, wat betekent dat alle trucs van genetische manipulatie kunnen worden gebruikt om ze te manipuleren en aan te passen - een serieus voordeel.

Maar er is nog een lange weg te gaan. Hier is hoe klein een reeks omstandigheden nodig is om een ​​moordenaargist zijn moordenaarseigenschap te laten zien. Er is een gist nodig die is geïnfecteerd met een bepaald virus en vervolgens moet dat virus zelf zijn geïnfecteerd met een bepaald satellietvirus. Het is het satellietvirus dat het toxine produceert en zonder al deze stukken op volgorde heb je geen moordenaargist.

Om moordenaargist te hebben, moet je ook iets hebben om gedood te worden. Een bepaald toxine werkt alleen op specifieke organismen - soms zelfs binnen dezelfde soort zijn alleen bepaalde stammen kwetsbaar voor een bepaald moordenaarsgistsysteem, en wetenschappers weten nog niet zeker waarom dat is, of hoe ze de gevoelige stammen van de onkwetsbaar.

Nu, als u de juiste moordenaargist en de juiste doelgist hebt, zal er niets gebeuren, tenzij u de juiste omgevingsomstandigheden hebt; de toxinen werken alleen binnen een nauw bereik van pH en temperatuur.

Maar als je dit allemaal goed krijgt, gebeurt de magie. Rowley laat dit zien aan studenten en de rest van de wereld door een petrischaaltje te bedekken met een dunne laag gist die gevoelig is voor het toxine. Bovenop schildert hij op de moordende giststam in, zeg, de klassieke icosahedrale vorm van een virale capside. Naarmate de cultuur zich ontwikkelt, zouden de moordenaargisten het goed moeten doen en de groei in nabijgelegen gebieden remmen. Het medium is geverfd met methyleenblauw en concentreert zich in de gebieden van celdood, en toont in een duidelijk beeld de signatuur van een moordenaar.

"Ik vind het geweldig", zegt Rowley. "Vaak hebben wetenschappers niet de mogelijkheid om in mooie graphics echt te laten zien wat ze doen. Het zijn altijd gels en kleurloze vloeistoffen en dat soort dingen. Maar dit is eigenlijk een mooie plaat-gebaseerde test die we kunnen gebruiken om naar de interactie tussen het virus en de gastheer te kijken."

Het is een leuke wetenschap, maar het kan op een dag ook leiden tot een revolutie in de manier waarop we landbouw en omgevingen beheren. In de toekomst kunnen wij mensen zelfs hun obsessie met sterilisatie en controle overwinnen en in plaats daarvan de microbiële wereld uitnodigen, bewapend met goede hulpmiddelen tegen vervelende indringers.

"Schimmels en bacteriën, ze zullen altijd manieren vinden om resistent te worden; het is gewoon een feit, "zegt Rowley. "Er zijn veel manieren waarop schimmels resistent kunnen worden tegen deze gifstoffen. Maar de vraag is, als we begrijpen wat die mechanismen zijn, dan kunnen we ze ook bestrijden. We kunnen slim zijn over hoe we dit doen."