Der Biologe Paul Rowley enthüllt die Geheimnisse von Killerhefe und intelligenten Fungiziden

Liebhaber von gutem Essen und Trinken werden überrascht sein, das zu erfahren Saccharomyces cerevisiae - eine Hefeart, die die köstliche Gärung in unseren bevorzugten Lebensmittelgruppen Bier, Brot und Wein ermöglicht - ist chronisch mit Viren infiziert. Viele von ihnen. Sogar einige Forscher, die ihre Karriere mit dem Studium dieses Organismus verbracht haben, sind sich dieser Tatsache nicht bewusst, sagt Paul Rowley, Experte für Hefevirus und Assistenzprofessor an der University of Idaho.

"In einer Zelle können bis zu neun verschiedene Arten von Viren die Zelle infizieren", erzählt er Inverse.

Es ist überraschend, aber es gibt nichts zu befürchten. Ihr Bier ist sicher und die Hefe ist nicht wirklich krank. Nur wenige Leute achten auf diese Viren, weil sie unter den meisten Bedingungen nicht allzu viel tun. Im Gegensatz zu den Viren, die wir mehr gewöhnt sind, vermehren sie sich nicht in einer Zelle, bis sie platzt und stirbt, sodass sie zu neuen Hosts wechseln können. Sie verbreiten sich stattdessen durch das Zellgeschlecht - wenn zwei haploide Hefezellen zusammenkommen. Die Viren sind gut, wenn ihre Wirte gut abschneiden, daher sind Eigenschaften, die die Wirtsumgebung schädigen könnten, nicht in ihrer evolutionären Entwicklung. Sie sind die überaus häufigen und fast gütigen Geschlechtskrankheiten der Hefewelt - wie Herpes, wenn Herpes nicht gelegentlich in juckende Wunden ausbricht und tödliche Krebsarten.

Hier ist die Wendung: Unter bestimmten Umständen werden Viren von gutartigen zu hilfreichen Viren emittiert, die für den infizierten Wirt harmlos, für andere Hefen und Pilze jedoch tödlich sind und die Wirtszelle in eine sogenannte "Killerhefe" verwandeln. “Durch das Ausschalten der Konkurrenz hilft das Virus sich selbst - und damit sich selbst - zum Erfolg.

Es ist ein bizarres Phänomen, das von Wissenschaftlern noch nicht vollständig verstanden wird. Aber wenn wir die Geheimnisse dieser Killerhefesysteme aufdecken könnten, könnte dies die Welt verändern, sagt Rowley.

"Wir" schlagen "Bakterien im Wesentlichen für eine kurze Zeit mit Antibiotika. Wir haben nie gegen Pilze geschlagen, sagt Rowley. „Sie waren schon immer dort und sie waren immer durchdringend in ihrem Angriff auf unsere Ernten und unseren Lebensunterhalt. Jedes Jahr gehen Milliarden Dollar an Getreide verloren, entweder durch Pilzinfektionen vor der Ernte oder durch den Verderb nach der Ernte. “

Ausgehend von den natürlich vorkommenden Toxinen dieser Killerhefe kann es möglich sein, das Penicillin der Pilzwelt nur besser zu entwickeln. Anstatt alle Arten von Pilzen in einer Umgebung auszulöschen, könnten diese Toxine theoretisch so gestaltet werden, dass sie den Organismus gezielt ansprechen und Probleme verursachen, während Mikroben dabei zu einem gesunden Ökosystem beitragen.

Stellen Sie sich wirkungsvolle und zielgerichtete Waffen gegen die Kartoffelbrand, die im 19. Jahrhundert Hunger in Europa verbreitete, oder Kastanienbrand, der den amerikanischen Kastanienbaum im 20. Jahrhundert fast aussterben ließ, vor. Heutzutage hat sich die Pilzkrankheit im Tierreich verbreitet und bedroht Bienen, Fledermäuse und Amphibien in vielen Teilen der Welt mit ihrer Existenz. Die Konsequenzen für die Ökosysteme, die Nahrungsmittelversorgung und die menschliche Gesundheit, die sich aus diesen Verlusten ergeben, sind enorm.

Der Traum von intelligenten Fungiziden gegen diese Bedrohungen könne zu Lebzeiten von Rowley erreicht werden, sagt er. Zunächst müssen die Wissenschaftler jedoch grundlegende Experimente durchführen, um besser zu verstehen, wie Killerhefen funktionieren. Das Geniale an diesen Toxinen ist, dass sie auf Proteinen basieren, was bedeutet, dass alle Tricks der Gentechnik verwendet werden können, um sie zu manipulieren und anzupassen - ein großer Vorteil.

Aber es ist noch ein weiter Weg. Wie eng eine Reihe von Umständen sind, damit eine Killerhefe ihre Killercharakteristik entfalten kann. Es braucht eine Hefe, die mit einem bestimmten Virus infiziert ist, und dann muss dieser Virus selbst mit einem bestimmten Satellitenvirus infiziert sein. Es ist das Satellitenvirus, das das Toxin produziert, und ohne alle diese Teile in der richtigen Reihenfolge haben Sie keine Killerhefe.

Um Killerhefe zu haben, müssen Sie auch etwas zu töten haben. Ein bestimmtes Toxin wirkt nur bei bestimmten Organismen - manchmal sind sogar innerhalb derselben Spezies nur bestimmte Stämme anfällig für ein bestimmtes Killerhefesystem, und die Wissenschaftler sind sich noch nicht sicher, warum das so ist oder wie die empfindlichen Stämme von dem zu unterscheiden sind unverwundbar.

Wenn Sie jetzt die richtige Killerhefe und die richtige Zielhefe haben, wird nichts passieren, wenn Sie nicht die richtigen Umgebungsbedingungen haben. Die Toxine wirken nur in einem engen pH- und Temperaturbereich.

Aber wenn Sie das alles richtig machen, geschieht die Magie. Rowley demonstriert dies den Schülern und der ganzen Welt, indem er eine Petrischale mit einer dünnen Schicht des Hefestammes bedeckt, der auf das Toxin empfindlich ist. Darüber hinaus malt er die Killerhefe-Sorte in der klassischen ikosaedrischen Form eines viralen Kapsids. Während sich die Kultur entwickelt, sollten die Killerhefen gut abschneiden und das Wachstum in der Umgebung hemmen. Das Medium ist mit Methylenblau gefärbt und konzentriert sich in den Bereichen des Zelltods, wobei die Unterschrift eines Mörders in einem klaren Bild dargestellt wird.

"Ich liebe es", sagt Rowley. „Oft haben Wissenschaftler nicht die Möglichkeit, in schönen Grafiken wirklich zu zeigen, was sie tun. Es sind immer Gele und farblose Flüssigkeiten und solche Dinge. Dies ist jedoch ein wunderbarer Test auf Plattenbasis, mit dem wir die Wechselwirkung zwischen dem Virus und dem Wirt untersuchen können. “

Es macht Spaß Wissenschaft, aber es könnte auch eines Tages zu einer Revolution im Umgang mit Landwirtschaft und Umwelt führen. In Zukunft könnten wir Menschen ihre Besessenheit von Sterilisation und Kontrolle sogar überwinden und stattdessen die mikrobielle Welt einladen, die mit guten Mitteln gegen böse Eindringlinge gerüstet ist.

„Pilze und Bakterien werden immer Wege finden, um resistent zu werden. es ist nur eine Tatsache “, sagt Rowley. „Es gibt viele Möglichkeiten, wie Pilze gegen diese Toxine resistent werden können. Aber die Frage ist, wenn wir verstehen, was diese Mechanismen sind, dann können wir sie auch bekämpfen. Wir können klug darüber sein, wie wir das machen. “