Киллерный эффект у дрожжей

Киллерный эффектбыл впервые обнаружен уSaccharomyces cerevisiaeМакоуром и Беваном в 1963 г. Киллерные дрожжи выделяют токсин, к которому они сами устойчивы, но который летален для других - чувствительных штаммов. Киллерные штаммы были обнаружены сначала у дрожжей из родовSaccharomyces,Candida,Debaryomyces,Kluyveromyces,Pichia, а позже у базидиомицетовых дрожжей и их анаморф.

Для определения киллерной активности штамм дрожжей высевается штрихом на поверхность твердой питательной среды, на которую (или в которую) нанесен газон чувствительного штамма. Штамм считается киллерным, если штрих оказывается окруженным чистой зоной, в которой отсутствует рост чувствительного штамма, то есть принцип метода - тот же, что и при определении антибиотической активности.

Генетические анализы киллер-эффекта у лабораторных штаммов Saccharomyces cerevisiaeпоказали, что расщепление по этому признаку отличается от менделевского. Более того, для передачи киллерного признака достаточно одного процесса плазмогамии без слияния ядер. Это указывает на то, что киллерный фенотип кодируется внеядерными генетическими элементами (плазмидами). Анализ бесклеточных экстрактов киллерных дрожжей на присутствие плазмид, ответственных за киллерный эффект, обнаружил два типа двунитевой РНК (днРНК): более тяжелая была обозначена L, более легкая - М.

Далее было показано, что именно М днРНК определяет киллерный фенотип: у некиллерных штаммов М днРНК отсутствует, киллерные штаммы после инкубации при повышенных температурах или обработки циклогексимидомтеряют и М днРНК, и киллерную активность. Однако, для экспрессии киллерного фенотипа необходимо присутствие как М, так и L днРНК: последняя необходима для поддержания первой. Дело в том, что как М, так и L днРНК окружены белковой оболочкой, то есть представляют собой вирусоподобные частицы (ВПЧ). Если М днРНК ответственна за образование киллерного токсина, то L днРНК кодирует капсидный белок для обоих типов частиц. Так как ВПЧ не проявляют литического цикла, их относят к латентным вирусам. Такие вирусы найдены у многих грибов.

Только у одного штамма другого вида дрожжей - Kluyveromyces lactis(штамм IFO 1267) - были найдены киллерные плазмиды совершенно другого типа, относящиеся к ДНК плазмидам. Все остальные изученные киллерные штаммы дрожжейCandida,Cryptococcus,Debaryomyces,Kluyveromyces,Pichiaне обнаруживали никаких плазмид. Киллерная активность наследуется у них менделевским путем, ингибируется циклогексимидом, то есть кодируется ядерными генами.

Киллерные токсины всех изученных дрожжей представляют собой пептиды или гликопептиды. Лучше других изучен токсин из Saccharomyces cerevisiae. Он состоит из двух полипептидных компонентов:αиβ, которые связаны дисульфидными связями.

Киллерные токсины секретируются в экспоненциальной фазе. Сначала в клетке образуется протоксин, который гликозилируется для эффективного транспорта. Затем гликозилированный токсин переносится в систему Гольджии включается в секреторные везикулы. В системе Гольджи происходит расщепление протоксина наαиβкомпоненты, которые соединяются дисульфидными связями. Это приводит к активированию токсина, который секретируется при слиянии везикул сцитоплазматической мембраной. Третий -γ-компонент протоксина (сайт гликозилирования) остается в мембране и обуславливает иммунность к секретируемому токсину.

Механизм действия киллерного токсина заключается в связывании его клеточной стенкойчувствительного штамма. Рецептором являетсяβ(1→6)-глюкан. Сферопласты дрожжей, однако, также чувствительны к киллерному токсину, то есть существует также и второй рецептор в мембране. Токсин повреждает цитоплазматическую мембрану путем образования пор, что приводит к свободному прохождению ионов через мембрану, а значит к дисбалансу в ионном составе клетки и блокировке работыионного насоса. Таким образом последовательность событий при действии киллерного токсина на клетку такова: связывание токсина сβ-глюканом - связывание с рецептором на мембране - образование пор - изменение электрохимического потенциала клетки из-за утечки ионов калия - гибель клетки.

Киллерные дрожжи интенсивно изучаются в последнее время в связи с перспективами их практического использования. В бродильной промышленности, при приготовлении вина, пива, часто происходит заражение бродящего сусла так называемыми «сорняками» брожения, которые изменяют ход брожения в нежелательную сторону. Использование киллерных штаммовSaccharomyces cerevisiaeдля сбраживания исключает развитие диких дрожжей - киллерный токсин будет попросту подавлять их рост. Сходные проблемы возникают во всех других видах дрожжевых производств, где используются чистые культуры. Применение киллерных токсинов дрожжей перспективно также в медицине в качестве противодрожжевых и противогрибныхантибиотиков.

Киллерные токсины обладают избирательным, видоспецифическим действием, поэтому определение устойчивости или чувствительности  к различным токсинам используется в систематике дрожжей при дифференциации видов и в качестве дополнительного признака входит в стандартное описаниевида.