„Grzybowe kostiumy” są jednym z bardzo, bardzo wielu w NATURZE. Część z nich już zidentyfikowaliśmy, nadaliśmy im nazwy, ale większość jeszcze jest dla nas tajemnicą. Stosując określenie noblistki – Wisławy Szymborskiej, „…pasuje, jak ulał i noszony jest posłusznie aż do zdarcia…”. 

Czy jednak grzybowe kostiumy są do „zdarcia”?

Dla większości z nas kostium, który nazywamy grzybem, ma postać kapelusza z trzonem. Kapelusze są różnego kształtu, wielkości i koloru. Najbardziej znane, bo najczęściej będące na naszych talerzach, to kapelusze o szarym kolorze. Ich właścicielem jest pieczarka dwuzarodnikowa (łac. Agaricus bisporus). Kiedy jednak wybieramy się po grzyby nie do sklepu, tylko do lasu, marzymy, aby nasz koszyk wypełnił się borowikiem szlachetnym

(łac. Boletus edulis). Kapelusz i trzon, to, co widzimy, zrywamy i jemy, to nie jest całe ciało grzyba. To są struktury, które grzyby wytworzył, aby móc się rozmnożyć płciowo. Największa część ciała pieczarki, borowika i innych tzw. kapeluszowych grzybów znajduje się pod ziemią. Tworzą one tam sieci strzępek, które zajmują ogromne przestrzenie. Największą sieć grzybową zdiagnozowano we wschodnim Oregonie i pokrywa ona blisko 900 hektarów lasu. Sieć powstała z jednego zarodnika opieńki ciemnej (łac. Armillaria ostoyae) i rozwijała się od około 8-9 tysięcy lat.

Sieci grzybowe znajdują się nie tylko w podziemiach, ale także tworzone są we wnętrzu ciała roślin, zwierząt i oczywiście także w nas. Co je łączy? Budowa i sposób funkcjonowania. Budowa i funkcjonowanie tych sieci często porównywane są do sieci internetowych. Wszystkie elementy, jak komputery w sieci internetowej, są ze sobą powiązane za pomocą strzępek, czyli nitkowatych komórek eukariotycznych, rozgałęziających się i mających prawie nieograniczone możliwości wzrostu. Grzybowa sieć jest bardzo gęsta, w 2,5 cm³ gleby znajduje się ponad 13 km komórek strzępek. Strzępki przemieszczają się w przestrzeni i natrafiając na składniki pokarmowe, wydzielają enzymy, które je rozkładają na drobne cząsteczki, a następnie, na drodze dyfuzji, trafiają do wnętrza komórek. Strzępki, natrafiając na bariery fizyczne i biologiczne, potrafią je dzięki interkalarnemu wzrostowi sprawnie ominąć. Dzięki otworom, tzw. septom, składniki pokarmowe mogą się przemieszczać w sieci. Proces komunikacji i współpracy występuje zarówno w obrębie sieci jednego gatunku, wielu gatunków grzybów, jak i między światem roślin. To skomplikowane procesy molekularno-chemiczne oparte na wysyłaniu sygnałów ze strony grzyba (tzw. czynnik Myc), które aktywują zespoły genów roślinnych i ze strony rośliny tzw. strigolaktony. „Zgranie się” tych dwóch sygnałów w czasie umożliwia rozwój grzybni i kolonizację rośliny. Potem, między organizmami z różnych światów, ma miejsce już tylko wymiana zasobów na długie odległości – wody, soli mineralnych, cukrów. To dzięki tej współpracy rośliny mogły pojawić się na lądzie.

„Moc” grzybów tkwi w budowie i funkcjonowaniu sieci, różnorodności ich cykli życiowych, zarodników, strategii życia. Osiągnęły niewątpliwie ewolucyjny sukces trwania nie tylko „tu i teraz”. Grzyby to organizmy, którym udało się przeżyć w niezmienionej formie, mimo zlodowacenia, ocieplenia klimatu i zmiany w składzie atmosfery na Ziemi. Ostatnio odkryto ślady ich ciał – prekambryjskie strzępki, których wiek oszacowano na około 715-810 milionów lat. Może, jak pokazują wyniki analiz filogenetycznych, są z nami już od 1,5 miliarda lat? Mimo ewolucyjnej starości, w ANTROPOCENIE, w którym mają miejsce szybkie zmiany środowiska, niekorzystne dla wielu innych organizmów, z człowiekiem włącznie, mają się dobrze. Występują wszędzie – są w glebie, wodzie i powietrzu, we wszystkich zbadanych dotąd organizmach żywych.

Moc technologiczna grzybów

Dziś mówimy, że grzyby to organizmy przyszłości, zostaną na Ziemi w odróżnieniu od innych gatunków, które zginą na naszych oczach. Dlaczego? Grzyby to organizmy, które mają w sobie gotowe, sprawdzone w procesie ewolucji, rozwiązania dotyczące budowy ciała – struktura sieciowa, która umożliwia im życie w heterogennym środowisku i w ograniczonych zasobach. Potrafią się rozmnażać bezpłciowo i płciowo, wytwarzając różne zarodniki mogące przeżyć setki lat. Posiadają system tzw. wczesnego ostrzegania przed patogenami zarówno siebie, jak i sąsiada, z którym współwystępują. Rozwiązania te są powtarzalne od momentu ich pojawienia się na Ziemi. Stąd „kostium grzybowy” jest inspiracją dla inżynierów, informatyków, biotechnologów, medyków. Trudno sobie wyobrazić, ale pod naszymi stopami i, powtarzając, w roślinach, zwierzętach, ale także w nas, są sieci, które zawierają odpowiedzi na nasze różne problemy, w tym te związane na przykład z oszczędzaniem energii, zaśmiecaniem planety czy efektami zmian klimatycznych. Kilka skutecznych rozwiązań naszych problemów już mamy. W szkole uczymy się o odkryciu antybiotyku penicyliny przez Alexandra Flaminga, produktu wytwarzanego przez grzyba pędzlaka (łac. Penicillium notatum). Antybiotyk ten ratował i czasami nadal tak się dzieje życie. To dzięki grzybom mamy chleb, piwo, sery i sos sojowy. Enzymy grzybowe – lipazy, celulazy, wprowadzone do proszków do prania obniżają nie tylko jego temperaturę, ale także zmniejszają zużycie wody potrzebnej do usuwania plam z odzieży. Trwają prace nad poszukiwaniem gatunków grzybów, które produkują enzymy jeszcze bardziej obniżające temperaturę prania niż te, które dotąd uzyskaliśmy. To ogromna oszczędność naszych kluczowych zasobów – wody i energii. „Moc” enzymów grzybowych wykorzystuje się w rozkładzie poliuretanu, związku, który ma szerokie spektrum zastosowania w różnych materiałach, jest więc potrzebny w przemyśle obuwniczym, budowlanym, samochodowym. Produkty z tym materiałem powszechnie występują na śmietniskach, a ich rozkład trwa wiele, wiele lat. Pestalotiopsis microspora to pierwszy grzyb, który potrafi żyć i konsumować poliuretan w warunkach beztlenowych. Jest wręcz idealnym kandydatem do bioremediacji gleb i wód z dużą zawartością plastiku. Strzępki grzybów mogą pochłaniać także ropę naftową, wytwarzając enzymy przekształcające węglowodory w węglowodany, które z kolei pozwalają na wzrost i rozwój grzybów. Grzyby, które „konsumują” plastik oraz „pochłaniają” ropę naftową, to potężne narzędzia biologiczne w ochronie planety. Ostatnio ogromnym zainteresowaniem cieszą się grzyby endofityczne, czyli żyjące wewnątrz tkanek roślin. Produkują one różne metabolity, które chronią zasiedlaną roślinę przed patogenami, roślinożercami i poprawiają jej kondycję (Fig. 1). To dzięki nim uratowano na plantacjach kakaowca, który został zainfekowany kilkoma patogenami grzybowymi, takimi jak zaraza Phytophora palmivora czy „miotła czarownicy” Crinipellis perniciosa.

W laboratorium, na Wydziale Biologii UAM, pracujemy nad szczepionką grzybową dla jęczmienia (łac. Hordeum vulgare) w celu jego ochrony przed wirusem wywołującym chorobę nazywaną żółtą karłowatością jęczmienia, która rozprzestrzenia się w jego uprawach polowych w Europie. Wirusa przenoszą mszyce. Szczepionka grzybowa wprowadzona do jęczmienia ma zredukować populację mszyc, a tym samym zmniejszyć liczbę infekcji wirusem jęczmienia. Naukowcy z różnych ośrodków łączą siły, aby jak najszybciej znaleźć mikroorganizmy, w tym właśnie grzyby endofityczne, w celu nie tylko poprawy kondycji roślin uprawnych, ale także do kontroli bakterii i grzybów chorobotwórczych dla roślin jako alternatywę pestycydów i antybiotyków, wiązania azotu atmosferycznego i ograniczenia emisji dwutlenku węgla, oraz jako źródło nowych aktywnych biologicznie produktów naturalnych użytecznych w przemyśle farmaceutycznym i agrochemicznym.

Zamiast podsumowania. Czy kostiumy grzybowe są „do zdarcia”? Mam marzenie, aby odpowiedż na to pytanie, potwierdzona faktami naukowymi, była następująca – NIE.

Źródła

Bonneville i in. 2020.  Molecular identification of fungi microfossils in a Neoproterozoic shale rock. Science Advances , Vol. 6, no. 4, eaax7599, DOI: 10.1126/sciadv.aax7599

Everlon Cid Rigobelo & Noemi Carla Baron (2021): Endophytic fungi: a tool for plant growth promotion and sustainable agriculture, Mycology, DOI: 10.1080/21501203.2021.1945699

 

Akcja COST FA1103, Food and Agriculture, “Endophytes in Biotechnology and Agriculture” (https://www.cost.eu)

Akcja COST FA1405 “Using three-way interactions between plants, microbes and arthropods to enhance crop protection and production”
(http://www.cost-fa1405.eu/)

Fig. 1 Aktywność grzybów endofitycznych wykorzystywana w ochronie środowiska, medycynie i rolnictwie.

___

tekst: Marlena Lembicz

ilustracje: Olga Korcz

opieka artystyczna: prof. Krzysztof Molenda Piotr Marzol
okładka: Olga Korcz, Piotr Marzol projekt oraz skład: Piotr Marzol
ilustracje oraz koncepcje graficzne: Michalina Nowacka, Marta Jaśkowiak, Weronika Kalemba, Maciej Waleszczyk, Helena Malczewska, Olga Korcz, Patrycja Walczak, Gabriela Patro, Kasia Wit