Fusarium arter er skimmelsvampe
Hvad er det nu lige skimmelvampe er
for noget?
Jeg vil vove at
påstå at du allerede kender skimmelsvampe - for de findes alle steder.
Typisk møder vi dem i vores fødevarer som grønne/sorte pletter på kanten af
marmeladenglasset eller på brød der er blevet lidt for gammelt . I denne sammenhæng er det vigtigt at
opfordre dig
til ikke at dele din mad med skimmelsvampe, da de ofte producerer en række
giftige stoffer.
Skimmelsvampe er
en speciel undergruppe af svampe, der adskiller sig fra de velkendte stor-svampe (så som kantareller og champinoner) i den måde de formerer sig på. De er
eukaryoter ligesom som dyr og planter, hvilket betyder at deres DNA (arvemateriale)
er omgivet af en cellekerne. Svampeceller er omgivet af en cellevæg men den
består ikke af cellulose som i planteceller, men af kitin. Svampe skaffer
sig energi ved at nedbyde organisk materiale (både dødt og levende), ligesom dyreceller, og de kan ikke skaffe sig energi via fotosyntese.
De fleste
skimmelsvampe lever af dødt organisk materiale i jorden, men en del af dem er
patogene og kan inficere både planter og dyr. Plante patogene svampe udgør et
stort problem for landbruget, da infektioner typisk fører til reduceret
høstudbytte og ophobning af mykotoksiner i det høstede korn. Mykotoksiner
er giftige stoffer som svampene danner for at beskytte sig mod konkurrerende
mikroorganismer eller for at dræbe eller hæmme den værtsplante de har inficeret.
Desværre er vi også følsomme over for en række af disse stoffer, og en del
af dem er akut giftige mens andre først har skadelige effekter hvis vi
udsættes for dem igennem mange år.
Skimmelsvampeslægten Fusarium indeholder nogle af de vigtigste
plantepatogene svampe, da de kan inficere mange af vores vigtigste
kornafgrøder, såsom hvede, byg, havre, rug, majs og ris. Fusarium arter er
typisk gode til at producere mykotoksiner, som fx trikotesener (stopper
protein biosyntese) og zearalenone (østrogenlignede stof).
ikke alt ved
skimmelsvampe er dårligt. Faktisk er de en af de vigtigste kilder til ny
medicin til behandling af mange forskellige sygdomme, blandt andet kræft, forhøjet
kolesterol niveau, immunsuppressiver ved organtransplantation og ikke mindst infektionssygdomme.
Det vel nok bedst kendte eksempel er Alexander Flemings opdagelse af penicillin.
Udover dette bruges skimmelsvampe også som produktionsorganismer til
fremstilling af enzymer, syrer og medicin. Og de udgør en vigtig del af
fremtidens produktionsapparat til fremstilling af bioetanol. Inden for
madlavning bruges skimmelsvampe til fremstilling af blandt andet oste, som
fx roquefort og gorgonzola.
Hvordan
jeg kom til at arbejde med skimmelsvampe og Fusarium specifikt
Første gang jeg mødte Fusarium var i 2003, da
jeg lavede et tema projekt hos Professor Henriette Giese (Nu Århus
Universitet) og Lektor Morten Grell (Nu Ålborg Universitet) på Den Kongelige
Veterinær og Landbohøjskole - KVL (nu det Biovidenskabelige fakultet under
Københavns Universitet).
Jeg blev øjeblikkeligt fascineret af af denne mærkelige
organisme og den smukke farve myceliet havde. Projektet som jeg udførte i
samarbejde med Jens A. Andersson (nu Ph.D.), omhandlede forskellige
anti-svampe giftstoffers (fungicider) evne til at inducere at svampene spiser sig selv
indefra. I projekts sidste uger fik vi lov til at kigge på den første
udgave af Fusarium graminearum genomet (arvemassen), der på det
tidspunkt ikke var andet en en lang række af A, T, G og C, uden angivelser
af gener eller lignende (råsekvensen af et genom). Via simple sekvensanalysemetoder og manuel opbygning af en genmodel lykkedes det os at finde et af de
gener (ATG8/AUT7) der er nødvendige for den biologiske proces vi undersøgte.
Ingen af os havde erfaring med denne type af analyse og vi havde endnu ikke
haft nogle kurser der omhandlede dette emne (bioinformatik). Vi blev begge
meget fascineret af ideen om at vi var de første i verden til at
se dette gen (og det er jo dybest set det videnskab går ud på, at se og
indse ting som ingen har set eller tænkt før). Jeg kan stadig fyldes af en
varm følelse i hele kroppen når jeg tænker tilbage på første gang vi havde
den endelige version af genet.
Året efter startede jeg på mit speciale projekt, igen
hos Professor Henriette Giese og Fusarium gruppen. Mit projekt omhandlede
det genetiske grundlag for Fusarium arters produktion af et rødt
farvestof (aurofusarin). På det tidspunkt havde forskningsgruppen kun
begrænset erfaring med at lave målrettede modificeringer i svampens genom.
Historisk set har man induceret tilfældige ændringer (mutationer) i svampes genomer via
bestråling med UV-lys, for at finde de
gener der har betydning for den biologiske proces man gerne vil beskrive.
Men da Fusarium graminearum's genom (arvemasse) var blevet sekventeret
(bestemmelse af rækkefølgen af "bogstaver"/baser) blev det muligt at ændre
dens gener målrettet. Under mit projekt udviklede jeg en protokol til at
fjerne gener målrettet via Agrobacterium tumefaciens medieret
transformation, hvilket tillod mig at karakterisere de gener der er nødvendige
for produktionen af pigment stoffet (se billede ovenfor).
Om målrettet at ændre i svampes
arvemasse (DNA)
Den viden vi i dag har om hvordan gener
virker og hvilke gener der er essentielle for diverse cellulære processer er
hovedsageligt opnået ved at studere individer der afviger fra det normale
(mutanter). Årsagen til mutanters anderledes opførsel eller udsende skyldes
oftest gener der er gået i stykker på grund af tilfældigt opståede
mutationer. Denne afhængighed af mutanter har betydet at forskere gennem
årene har brugt rigtigt lang tid på at lede efter mutanter med lige præcis
den defekt de ønskede at studere. Da eukaryote celler er rimelig gode til at
identificere og udbedre fejl, har det nogen gange været nødvendigt at hjælpe
processen lidt på vej ved at udsætte celler/organismer for mutagene stoffer
eller stråling.
Skimmelsvampe er lidt specielle blandt eukaryoter, da vi
målrettet kan ændre i deres genom, så som at fjerne eller tilføje gener.
Dette betyder at forskerne rimelig let kan få de mutanter de har behov for
til at gennemføre deres forskning. Dette er muligt gennem en proces der
kaldes homolog re-kombination (homolog = identisk), hvor identiske DNA
sekvenser vil finde hinanden og lave en overkrydsning (som vist i figuren her
under).
Figur: Homolog re-kombination
mellem to dobbelt strengende DNA sekvenser hvor den centrale del (B) er
identisk. Resultatet er at ABC bliver til ABE og DBE
bliver til BDC. Der sker altså en udveksling mellem de to DNA strenge.
Hvis man for eksempel vil fjerne et gen, introducerer
man et kunstigt stykke DNA der indeholder et antibiotika resistens gen omgivet af to sekvenser der er identisk med sekvenserne der omgiver det gen
i genomet man vil fjerne.
Figur: Målrettet fjernelse
(udskiftning) af et gen via homolog rekombination
Antibiotika resistens genet bruger man til finde
de celler hvor overkrydsningen har fundet sted, ved at udsætte cellerne for
et antibiotika de dræber de celler hvor det ikke er sket (de dør for de ikke
har resistens genet der beskytter mod det giftige stof).
Agrobacterium tumefaciens medieret
transformation
Agrobacterium tumefaciens
er en plantepatogen gram negativ bakterie. Denne bakterie har en unik
evne til at snyde den værtsplante den inficerer til at danne et beskyttet sted
den kan leve, samt til at få den til at danne en række stoffer som bakterien
kan leve af. Bakterien overfører en del af sit eget DNA til plantens celler.
DNA'et indeholder gener for dannelsen af tumorvæv som bakterien kan leve i, og
en række gener der koder for enzymer der danner et stof som bakterien kan
leve af men som planten ikke kan udnytte.
Denne unikke egenskab til at
overføre DNA har forskere fundet ud af at udnytte til at overføre DNA til
planter og svampe. Man dyrker simpelthen bakterien sammen med svampecellerne
og tilsætter et hormon der får bakterien til at angribe svampecellerne.
Der findes også andre metoder
til at introducere DNA ind i svampeceller, man kan for eksempel fjerne
deres cellevægge hvilket gør det lettere at få DNA ind i cellerne, dette kan
dog være svært at gøre med visse arter. Fordelen ved at bruge A. tumefaciens er netop at det ikke er nødvendigt at fjerne cellevæggen, man kan ganske
simpelt bruge intakte celler.
