Pierwszym, który odkrył komórkową naturę drożdży piwnych ok. 1680 r. był holenderski uczony Anton Philips van Leeuwenhoek. Przez ponad 340 lat myśleliśmy o nich jak o prostych mikroorganizmach – najnowsze badania ujawniają, że są one znacznie bardziej wyspecjalizowane. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego odkryli, że kiedy drożdże nie mają dostępu do glukozy, uwalniają toksynę zatruwającą mikroorganizmy żyjące w sąsiedztwie – nawet własne klony! Takiego zjawiska nigdy wcześniej nie obserwowano w świecie organizmów jednokomórkowych. Szczegóły opisano w czasopiśmie PLOS Biology.
Drożdże zabiją nawet własne potomstwo
Podczas pandemii COVID-19 na świecie popularne stało się pieczenie chleba. Nie trzeba wcale specjalistycznego sprzętu i chemicznej wiedzy, by cieszyć się świeżymi wypiekami w domowym zaciszu. Żadne ciasto nie wyrośnie bez obecności drożdży – prostych jednokomórkowców zaliczanych do królestwa grzybów. Do niedawna nie posądzalibyśmy ich o mordercze strategie przetrwania.
Czytaj też: Drożdże piekarskie z ważnymi ludzkimi genami. Pierwsza taka chimera w historii
Prof. Tetsuhiro Hatakeyama z Uniwersytetu Tokijskiego mówi:
W krytycznej sytuacji przetrwania, jaką jest głód glukozy, drożdże uwalniają do swojego siedliska toksyny, które zabijają inne mikroorganizmy, podczas gdy same drożdże nabywają odporność. Nazwaliśmy to zjawisko zabijaniem spóźnialskich (ang. latecomer killing). Jeszcze bardziej zaskoczyło nas odkrycie, że toksyny produkowane przez drożdże mogą również zabijać ich nieprzystosowane klony, więc są one narażone na zabijanie nie tylko inwazyjnych mikroorganizmów, ale również własnego potomstwa. Takiego pozornie ryzykownego i niemal samobójczego zachowania nie stwierdzono wcześniej u jednokomórkowego organizmu, ani nawet nie uważano, że istnieje.
Japońscy uczeni komórki klonalne (tj. pochodzące z tej samej komórki macierzystej) oddzielnie w warunkach ograniczonych i bogatych w glukozę. Kiedy komórki zostały połączone, ich wzorce wzrostu pokazały, że komórki drożdży, które już przystosowały się do głodu glukozy, były w stanie zatruć spóźnialskich i zatrzymać zasoby żywności dla siebie. Stąd nazwa zabijania spóźnialskich.
Przeprowadzone badania są pierwszym dowodem konkurencyjności występującej w komórkach klonalnych u organizmów jednokomórkowych. Ma to ważne implikacje dla naszego zrozumienia ekologii mikroorganizmów, jak również tego, dlaczego niektóre konkretne mikroorganizmy rosną podczas fermentacji, podczas gdy inne nie.
Czytaj też: Najstarsze DNA ujawnia starożytny ekosystem, który może uratować naszą przyszłość
Prof. Tetsuhiro Hatakeyama dodaje:
Nasze badania ujawniają zaskakująco egoistyczną stronę zachowania drożdży. Odkryte przez nas zjawisko przypomina eksperyment myślowy zaproponowany przez starożytnego greckiego filozofa Karneadesa z Cyreny, zwany deską Karneadesa: Jeśli marynarz ucieka z katastrofy statku trzymając się deski, która jest w stanie utrzymać ledwie jedną osobę, a następnie odpycha innego marynarza, który przychodzi za nim, czy zostanie oskarżony o morderstwo?
Badacze sugerują, że strategia ta może pomóc drożdżom uniknąć masowego zagłodzenia populacji, jednocześnie wspomagając selekcję potomstwa produkującego toksyny, które ma większe szanse na kontynuację swojej linii. Strategia ta została zaobserwowana u kilku różnych rodzajów drożdży – początkowo pobranych z piwa, chleba i wina. Odkrycie to może zostać wykorzystane do opracowania użytecznych mechanizmów kontroli wzrostu dla ważnych gospodarczo gatunków drożdży, takich jak te wykorzystywane w przemyśle spożywczym.