Удивительные открытия о видах, ответственных за 90% смертей, связанных с грибами, показывают, что царство грибов еще более странное, чем мы думали
В новостях снова появились шляпочные грибы. Amanita phalloides это снова связано с отравлениями, на этот раз во время семейного ужина в Леонгате, Австралия, были поданы мясные рулетики с начинкой из говядины, что привело к трем смертельным случаям. Подобные инциденты неизбежно усиливают страх общественности перед этим смертоносным грибом и грибами в целом. Тот факт, что шляпки грибов выглядят такими безобидными, только добавляет им зловещей загадочности. Из–за их бледно-желтой шляпки и белых жабр их можно принять за несколько съедобных грибов, что может объяснить, почему они являются причиной почти всех смертей, связанных с грибами. Даже половины одного из них достаточно, чтобы убить вас.
Как бы ни привлекали внимание заголовки, шляпочник — всего лишь один из многих замечательных грибов. Они более тесно связаны с животными, чем с растениями, и образуют целое царство живых существ, насчитывающее около 5 миллионов видов. Хотя формально описано всего 5% из них, среди тех, о которых мы знаем, есть по-настоящему сюрреалистичные. Грибы кордицепс (Ophiocordyceps unilateralis), например, появляются из тел зараженных и зомбированных муравьев, в то время как вонючие рога (Phallus impudicus) выделяют зловонную слизь, имитирующую гниющую плоть, а пальцы мертвеца (Xylaria polymorpha) появляются из лесной подстилки в виде жутких черных отростков.
По сравнению с ними смертельные колпачки кажутся неприметными. Тем не менее, их токсичность делает их предметом активных научных исследований. И результаты впечатляют: недавние исследования показали, что это быстро развивающийся вид, вырабатывающий новые токсины, процветающий в новых условиях и распространяющийся по всему земному шару. Эти открытия меняют наше представление не только о грибах-смертельниках, но и о грибковом царстве в целом. Более того, они могут изменить общественное отношение к грибам от страха к осознанному признанию.
История отмечена серией случаев отравления, предположительно, смертельными грибами. Римский император Клавдий, возможно, был убит блюдом с ними в 54 году нашей эры, возможно, это было подстроено его женой Агриппиной Младшей. Смерть папы Климента VII в 1534 году также была связана с отравлением капсулами. То же самое относится и к известному композитору Иоганну Шоберту. Это лишь некоторые из списка смертельных случаев. Даже когда улики неясны, A. phalloides часто является главным подозреваемым, демонстрируя, что его репутация смертоносного вида сохраняется на протяжении долгого времени.
На сегодняшний день примерно 90% смертей, связанных с употреблением грибов, происходят из-за «шляпки смерти». “Всего 0,1 миллиграмма на килограмм массы тела может привести к летальному исходу”, — говорит Джеймс Коулсон, клинический фармаколог и токсиколог из Кардиффского университета в Великобритании. “Выживание зависит от количества съеденного… и физиологического резерва пациента”.
Как убивают шляпочные грибы
По крайней мере, теперь мы знаем, как убивают A. phalloides наносит вред организму. Самый смертоносный токсин, альфа-аманитин, блокирует фермент РНК-полимеразу II, который необходим для транскрипции — этапа в процессе производства белка, необходимого для выживания почти всех клеток. При попадании в организм шляпочных грибов альфа-аманитин всасывается через кишечник в кровь и попадает в печень. Оттуда он попадает в желчный пузырь — небольшой орган, расположенный поблизости, который содержит пищеварительную жидкость желчь. После этого отравившийся человек начинает чувствовать себя лучше и может снова начать есть. Но именно тогда его проблемы усугубляются. Когда пища попадает в пищеварительную систему, желчный пузырь выделяет желчь в кишечник, а вместе с ней и токсин. Альфа-аманитин всасывается в кровь и снова начинает циркулировать по организму. Каждый такой цикл приводит к дальнейшему повреждению органов, особенно печени, и в конечном итоге может привести к летальному исходу. “За очевидным улучшением часто следуют признаки острой печеночной недостаточности, гипогликемии, комы и нарушения свертываемости крови”, — говорит Коулсон.
Почему смертельный исход должен быть таким смертельным, остается загадкой. Решить эту проблему не помогает тот факт, что ее чрезвычайно трудно изучать. “Сложность в работе с A. phalloides заключается в том, что мы не можем их выращивать… поэтому многие генетические инструменты не используются”, — говорит Йен-Вен Ванг из Йельского университета. Мы знаем, что альфа-аманитин является вторичным метаболитом, то есть он не является необходимым для выживания гриба. Однако производство вторичных метаболитов требует энергии и ресурсов, поэтому токсин почти наверняка дает определенные преимущества; в противном случае он, вероятно, был бы устранен в ходе эволюционных процессов.
Некоторые ученые полагают, что ядовитые грибы выделяют токсины как форму химической защиты от употребления в пищу до того, как грибы созреют и выпустят свои споры. Если это так, то, по крайней мере, для грибов-смертельников люди являются сопутствующим ущербом: симптомы проявляются через много часов или даже дней, что недостаточно быстро, чтобы предотвратить употребление грибов в пищу. Вместо этого альфа-аманитин, вероятно, служит более насущной цели — отпугивать насекомых, поедающих грибы.
A. phalloides могут также использовать яды в качестве средства химической защиты под землей. Это эктомикоризный гриб, который образует симбиотические отношения с корнями деревьев, обеспечивая их питательными веществами, такими как азот и фосфор, в то время как дерево обеспечивает их углеводами. Такие партнерские отношения сыграли важную роль в успехе многих грибов – они также помогают объяснить, почему многие из них трудно культивировать в лабораторных условиях. Таким образом, альфа-аманитин, возможно, эволюционировал, чтобы дать A. phalloides конкурентное преимущество в колонизации и поддержании доступа к корням деревьев за счет подавления конкурирующих грибов и уничтожения почвенных микробов и беспозвоночных, которые могли бы причинить ему вред.
“Выживаемость после употребления капсул “Смертельный эффект» в настоящее время составляет около 90% »
Альфа-аманитин – это всего лишь один из коктейлей токсинов, вырабатываемых death caps, и недавние исследования показали, что эти яды все еще развиваются — прямо сейчас, и быстро. Это делает A. phalloides моделью для изучения адаптации и геномных инноваций грибов. “Это дает нам информацию о том, как развиваются токсины и их экологическая роль”, — говорит Ван.
Первые намеки на это появились, когда люди начали находить шляпочные грибы в новых и разнообразных местах обитания на всех континентах, кроме Антарктиды. Сначала исследователи подумали, что, возможно, они ошиблись, предположив, что этот гриб произрастает в Европе. Но эта идея была опровергнута в 2009 году, когда Энн Прингл, ныне работающая в Университете Висконсин-Мэдисон, и ее коллеги использовали исторические записи и анализ ДНК, чтобы показать, что A. phalloides был завезен в Северную Америку из Европы на корнях импортированных деревьев и прижился после их посадки. Что особенно поразительно, так это то, что по мере того, как смертельный лишайник распространился из своей родной Европы в США и по всему остальному миру, он иногда ассоциируется с деревьями, с которыми никогда не встречался бы в своей первоначальной среде обитания, что является признаком адаптации.
Именно здесь появляются токсины. В 2023 году группа микологов, включая Прингла и Ванга, опубликовала статью, в которой показала, что каждый гриб несет в себе несколько иной набор генов токсинов. Важно отметить, что эти вариации не случайны: гены находятся под сильным естественным отбором, а это означает, что они активно формируются под воздействием окружающей среды, в которой растет гриб. “В новых местах обитания Amanita phalloides может столкнуться с незнакомыми почвенными организмами или микробными конкурентами и, похоже, в ответ на это расширяет свой химический арсенал”, — говорит Ван.
Но это еще не все. Позже в том же году Прингл, Ванг и их коллеги опубликовали еще одну статью, в которой сообщили об открытии беспрецедентной репродуктивной стратегии у A. phalloides. Как правило, грибы размножаются половым путем путем слияния двух генетически различных особей, что требует совместимых типов спаривания. Однако геномный анализ популяций шляпочных грибов в Калифорнии показал, что некоторые особи размножались однополым путем, образуя грибы из одного, не связанного браком ядра. Эти особи были способны производить споры поколение за поколением и сохраняться в окружающей среде десятилетиями, иногда распространяясь по целым лесным массивам.
Смертельная инвазия
Это открытие поставило под сомнение предположения о том, как размножаются грибы в целом. До этого считалось, что все дикие грибы размножаются половым путем; однополое плодоношение наблюдалось только в лаборатории в искусственных условиях. “Возможно, что большинство грибов способны и к тому, и к другому, — говорит Ван, — но инвазивные популяции предоставляют нам особую возможность понаблюдать за ними”. Такая гибкость дала бы грибам преимущество при адаптации к новой среде, поскольку однополое размножение позволяет одной споре осесть в подходящей среде для саморазвития.поддерживающая колония. “Если организм может размножаться без партнера, у него будет больше шансов прижиться в новом ареале”, — говорит он. Действительно, это отражает стратегию, которую можно наблюдать у многих успешных инвазивных растений и животных: те, которые могут размножаться как с партнером, так и без него, как правило, колонизируются быстрее и распространяются шире.
Такая репродуктивная гибкость в сочетании с разнообразием генов токсинов помогает объяснить, как A. phalloides так быстро адаптировался к новым условиям на разных континентах. Это переосмысливает повествование от пассивного распространения к активному эволюционному изменению, что превращает это глобальное распространение в увлекательное тематическое исследование эволюции грибов в режиме реального времени. “Изучение эволюции Amanita phalloides может выявить, как эти грибы распространяются и влияют на местные экосистемы, что позволит нам разработать модели для понимания биологической инвазии”, — говорит Ван.
Идея о том, что смертоносный гриб способен колонизировать земной шар, размножаться различными способами и изменять свой токсический профиль, чтобы оставаться смертоносным в новых условиях, может показаться тревожной. Действительно, были случаи ошибочной идентификации в районах, где смертельный колпачок был обнаружен только недавно и где собиратели не знают о необходимой осторожности. А отравление смертельным колпачком, несомненно, является серьезным заболеванием. До сих пор не существует широко доступного противоядия, хотя в 2023 году исследователи в Китае обнаружили, что широко используемый медицинский краситель потенциально может стать таковым. Необходимо раннее вмешательство, а это может быть проблематично, поскольку начальные желудочно-кишечные симптомы проходят, когда альфа-аманитин скрывается в желчном пузыре.
Это плохая новость. Но как только диагностировано смертельное отравление капсулами, существует несколько эффективных методов лечения. “Варианты включают поддерживающую терапию – жидкости для коррекции гипогликемии, пероральный прием активированного угля [для всасывания токсинов в кишечнике] и бензилпенициллина для уменьшения всасывания печенью”, – говорит Коулсон. Даже без противоядия выживаемость после употребления «смертельных капсул» в настоящее время составляет около 90%. Более того, несмотря на устрашающую репутацию этого гриба, отравления случаются крайне редко. “В период с 2013 по 2022 год Национальная служба токсикологической информации Великобритании получила запросы о 1195 подозрениях на отравление грибами”, — говорит Коулсон. “Только о 28 из них сообщалось, что они относятся к виду Amanita”. Это примерно три вида в год, и A. phalloides – не единственный ядовитый представитель рода Amanita.
Кроме того, если исследования смертельных колпачков и говорят нам о чем–то, так это о том, что они эволюционировали не для того, чтобы вредить людям — они просто являются частью более широкой эволюционной гонки вооружений за выживание. “Грибы сами по себе не опасны; они опасны только при особой обработке – когда мы их едим”, — говорит Иона Фрейзер, полевой миколог и педагог, член совета Британского микологического общества. “Боязнь грибов оказывает нам и им медвежью услугу”. Большинство грибов не ядовиты; на самом деле, многие из них полезны. “Трудно переоценить, насколько важную роль грибы играют в медицине, биотехнологиях и окружающей среде, как исторически, так и сейчас”, — говорит миколог Дэниел Хенк из Университета Бата, Великобритания.
Как грибы улучшают нашу жизнь
Начнем с того, что грибы играют центральную роль в научных исследованиях. “Дрожжи являются моделью для биологии эукариот”, — говорит Хенк. Это напоминание о том, что как другие эукариоты – организмы, клетки которых содержат ядро, – мы более тесно связаны с грибами, чем мы часто думаем. В биотехнологии они неоценимы. “Грибы — фантастический инструмент”, — говорит он. Они обладают широким и постоянно расширяющимся ассортиментом, таким как ферментация пищевых продуктов, массовое производство ключевых химических веществ, таких как этанол и цитрат, а также экологически чистых строительных материалов. С момента открытия пенициллина фармацевтическая промышленность использовала их способность производить антибиотики для уничтожения бактерий, а грибы продолжают оставаться потенциальным источником новых антибиотиков в эпоху лекарственной устойчивости. Недавние исследования даже выявили, что альфа-аманитин может стать революционным средством для лечения рака.
Грибы также являются жизненно важными компонентами экосистем. “Они участвуют в круговороте питательных веществ в микробных сообществах и часто вступают в симбиотические взаимодействия с растениями”, — говорит Хенк. Они могут использоваться для восстановления экосистем и могут сигнализировать о масштабных изменениях в окружающей среде, в том числе вызванных изменением климата. “Грибы — это агенты изменений в экосистемах”, — говорит Фрейзер. Однако их часто игнорируют в экологических исследованиях и усилиях по сохранению природы, что оставляет большое пробел в нашем понимании мира природы. По словам Хенка, есть и более мрачная причина, по которой они заслуживают нашего внимания: химические вещества, используемые для защиты сельскохозяйственных культур от грибковых заболеваний, способствуют появлению устойчивых штаммов грибов, которые могут заражать и убивать людей. “Более миллиона смертей в год происходят из-за грибов”, — говорит Хенк, и лишь несколько сотен из них — из-за употребления в пищу токсичных грибов.
“Трудно переоценить, насколько важную роль грибы играют в медицине, биотехнологиях и окружающей среде“.
Мы можем чувствовать себя беспомощными перед мощью агробизнеса, но, по крайней мере, мы можем контролировать личные риски, связанные с отравлением. Во многих культурах мира грибы уважают и ценят, сочетая традиционные знания и экологическое понимание, чтобы выявлять опасные виды и избегать их употребления. Фрейзер считает, что поиск пищи — это хороший способ для любого человека узнать больше о царстве грибов и оценить его по достоинству. Она ссылается на исследования, показывающие, что поиск пищи также развивает экологическую осведомленность и укрепляет связь с природой. Даже для людей, которые не собираются употреблять грибы в пищу, наблюдение за ними имеет огромную ценность и “доставляет радость от общения с грибами в природе”, — говорит она.
Возможно, если мы узнаем больше, «смертельная шапочка» будет вызывать скорее восхищение, чем страх. Сложная биология этого гриба дает представление о разнообразии, приспособляемости и экологической значимости целого царства. Он эволюционирует, и, как утверждает Хенк, наше отношение к нему должно меняться вместе с ним. По сравнению с некоторыми болезнетворными грибами, A. phalloides не представляет особой угрозы; вместо этого нам следует задуматься о реальных опасностях и пользе, которые может принести эта ветвь древа жизни. “Царство грибов нельзя упускать из виду”, — говорит Хенк.