Грибы растут с трубчатыми клетками, простирающимися на километры. Рост происходит исключительно на кончике. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) выяснили, как это работает: строительные материалы транспортируются по рельсам через грибковые клетки и используются на их самой дальней оконечности. Концентрация кальция в конце клетки определяет, когда это происходит. Об этом сообщают ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS).
Хотя грибы вездесущи, люди считают их самыми загадочными организмами. До конца 20 века лисички и рога изобилия считались растениями из-за малоподвижного образа жизни. Сегодня известно, что грибы образуют собственную империю, которая намного ближе к империи животных. Эксперты предполагают, что существует до пяти миллионов видов грибов, что намного больше, чем растений или насекомых. Большинство грибов являются гифами. Их нитевидные клетки образуют в земле тонкие, очень крупные сети. Эти мицелии образуют собственно гриб, в то время как шляпки, обычно называемые грибом, представляют собой только плодовые тела. Профессор Рейнхард Фишер из Института прикладных биологических наук (IAB), профессор Герд Ульрих Нинхаус из Института прикладной физики (APH) и профессор Норио Такешита, который только что принял должность профессора в Университете Цукуба в Японии, и их группы изучали, как гифы растут за счет бесконечного вытягивания своих микроскопически маленьких кончиков и образуют отчасти гигантский мицелий.
В отличие от «обычного» роста путем деления клеток, гифы растут почти бесконечно (аналогично человеческим нервным клеткам) за счет расширения их кончиков. В результате гифы могут достигать длины в несколько километров. Хотя они кажутся довольно скромными, гифы являются чемпионами мира по росту. «Имея диаметр три микрометра, гифы могут расти более чем на один микрометр в минуту», - говорит Рейнхард Фишер. «Это соответствует тому, что человеческие существа увеличиваются в толщине на десять сантиметров каждую минуту». Неудивительно, что самый большой живой организм на земле - это гриб: у опят в лесах Канады обнаружен диаметр 17 км.
Для других организмов этот огромный рост является одновременно и благословением, и проклятием. «Помимо бактерий, грибы являются лучшими переработчиками органических отходов. Их составляющие затем могут быть использованы следующими поколениями организмов», - объясняет Фишер. Кроме того, грибы играют важную роль в поглощении растениями питательных веществ: «На каждый метр корня растения приходится один километр симбиотических грибковых гиф, которые снабжают растение питательными веществами», - добавляет микробиолог. Грибы также помогают производить лекарства (пенициллин, лимонная кислота) и продукты питания (сыр, салями). С другой стороны, гифы - страшные вредители сельскохозяйственных культур и патогены.
Поэтому понимание процессов роста гиф представляет интерес как для ученых, желающих изучить их положительные свойства, так и для ученых, желающих бороться с их отрицательными свойствами. Как работают эти процессы роста, изучают международные группы исследователей. Однако до сих пор точная координация ростовых процессов неизвестна.
Было известно, что мицелий не растет непрерывно, а растет поэтапно. Неизвестно, как инициируются и контролируются эти ростовые взрывы. «Поскольку гифы расширяются только на кончике, возникает вопрос: как они узнают, где находится кончик?», - говорит Фишер. Исследователи из KIT обнаружили, что кончик помечен определенными белками. Необходимый строительный материал поставляется в пузырьках, маленьких пузырьках на моторных белках, бегущих по длинным рельсам. Достигнув кончика, везикулы прикрепляются к клеточной стенке и сливаются с ней. В результате клетка расширяется. Фазы роста контролируются концентрацией кальция на концах гиф. «Если концентрация мала, начинается транспортная фаза. В случае импульса кальция везикулы сливаются с клеточной мембраной и высвобождают свое содержимое». Клеточная стенка состоит из хитина, материала, из которого сделаны панцири насекомых.
Команда визуализировала процессы роста, пометив ключевые элементы клеточной сигнальной и транспортной системы флуоресцентными белками, говорит Норио Такешита. В этом междисциплинарном проекте для количественной визуализации живых грибов применялись новейшие методы оптической флуоресцентной микроскопии с самым высоким разрешением.
Учёные рассчитывают, что их находки будут использованы для разработки фунгицидов в сельском хозяйстве и медицине, а также для оптимизации биотехнологических процессов в производстве лекарств.