идентификация-галлюциногенных-грибов

Как грибы портят нам кровь

  • Грибы — возбудители болезней полезных растений

Об этих грибах много было сказано. Оста­ется лишь добавить немного о том, к чему в истории человечества приводили массовые заболевания расте­ний, эпифитотии, и как люди борются с ними.

Разрушительные грибные эпифитотии приводили к следующим последствиям:

  1. К огромным материальным потерям. В главе 4 опи­сано поражение кукурузы в США Т-расой гри­ба Кохлиоболус. В результате страшнейшей эпи­фитотии потери американских фермеров только в 1970 году превысили миллиард долларов.
  2. К массовой гибели населения от голода и сопро­вождающих голод болезней. В главе 5 приведены данные об эпифитотии фитофтороза картофеля в Ирландии в середине XIX века, приведшей к гибе­ли миллиона жителей этой страны и эмиграции в Америку полутора миллионов. К еще более страш­ным последствиям привела эпифитотии гельмин- тоспориоза риса в 1942 г. в Бенгалии. Неурожай риса, практически единственной продовольствен­ной культуры этой части Индии, заставил местное население покидать деревни и уходить в города — Калькутту и Дакку, где также было нечего есть. А анг­
    лийскому правительству (Индия в то время была английской коло­нией) было не до помощи голодающим — оно было занятой войной с немцами и японцами. В конце года все дороги были усеяны трупами голодающих — погибло более двух миллионов человек.
  3. К замене зон выращивания важных сельскохозяйственных культур. В главе 5 было уже рассказано, как под влиянием эпифитотии ржав­чины основное производство кофе переместилось из юго-восточной Азии (острова Цейлон) в Южную Америку.
  4. К изменению ландшафтов на больших территориях. В главе 2 упо­миналось о возбудителе рака коры каштанов грибе Крифонектрия паразитика. Через несколько лет после попадания гриба в Северную Америку произошло почти 100 %-е поражение каштанов, усыхание и гибель деревьев выше пораженного места. Снятие апикального до­минирования вследствие гибели верхушки дерева вызвало пробуж­дение спящих почек в прикорневой части дерева. Но отрастающие побеги, достигнув 15-летнего возраста, вновь поражались, и их вер­хушки усыхали. В результате прошедших эпифитотий каштановые ле­са в восточных штатах США превратились в кустарниковые пустоши.
  5. К массовым отравлениям людей микотоксинами. В главе 4 было по­дробно рассказано об отравлениях населения токсинами спорыньи, фузариотоксинами и другими вторичными метаболитами грибов.

Конечно, терпеть подобные бесчинства грибов люди не могли, и вот уже более ста лет множество ученых — микологов и фитопатологов, гене­тиков, биохимиков и химиков — разрабатывает способы защиты растений от болезней, а многочисленные фирмы во многих странах мира заняты производством устойчивых к болезням сортов растений и химических средств их защиты.




Начиная с 20-х годов прошлого столе­тия, великий русский ученый Н. И. Вавилов стал собирать в разных странах, которые, со­гласно его учению, были генетическими центрами формирования тех или иных видов культурных растений, семена местных сортов и видов и приво­зить их в Ленинград, в институт растениеводства, который он возглавлял. Семена выращивали на опытных полях и оценивали выросшие растения по разным признакам, в том числе по устойчивости к болезням. Затем Вавилов стал посылать в экспедиции по сбору семян своих сотрудни­ков, и вскоре этим стали заниматься ученые всего мира. В результате подобных работ были собраны огромные коллекции видов и примитив­ных, местных сортов растений, и выделены среди них формы, устойчивые к болезням. Затем генетики определили, сколькими генами определяется устойчивость исследуемого образца растения к болезни, и на каких хро­мосомах эти гены расположены. Были разработаны методы передачи этих генов в культивируемые сорта. Так селекционеры создавали устойчивые сорта сельскохозяйственных растений, которые занимают сейчас большие посевные площади. Однако наряду с несомненными успехами, селекция устойчивых сортов знала и сокрушительные провалы. Дело в том, что скорость эволюции растений (а селекция, по выражению Н. И. Вавилова, это эволюция, направляемая человеком) несравнима со скоростью эволю­ции грибов. В год растение дает одну генерацию семян (при выращивании в фитотронах с регуляцией температуры влажности и освещенности можно получить в году несколько поколений отдельных видов растений), а гриб образует десятки генераций. Одно растение образует десятки, редко — тысячи семян, а гриб в одном пятне формирует сотни тысяч спор. Поэто­му редкие генетические изменения, маловероятные у растений, обычны у грибов. И очень часто наблюдались ситуации, когда устойчивый сорт, на создание которого ушли годы, вскоре после начала коммерческого вы­ращивания поражался новым штаммом гриба-паразита.

На помощь селекции пришла молекулярная биология. Во-первых, ис­следования молекулярных механизмов взаимоотношений гриба и растения позволили установить, какие молекулы паразита (их называют элисито­рами) узнаются устойчивым к нему растением, какова структура рецеп­торов этих элиситоров, какими путями сигнал тревоги передается в ядро растительной клетки и как изменяется экспрессия ядерных генов, на­конец, какие вещества, убивающие паразита, начинают синтезироваться в зараженной клетке. Во-вторых, были разработаны методы генной инже­нерии, которые позволили переносить в целевое растение гены не толь­ко из близкородственных видов (это удавалось и с помощью скрещива­ний), но и из любых организмов, где желательные гены были найдены — из бактерий, грибов, животных. То есть молекулярная биология позво­лила создать методы конструирования нужного метаболизма растения. Простой пример: гриб склеротиния вызывает загнивание многих расте­ний (белую гниль). Он часто развивается на корнеплодах моркови в виде белого ватообразного мицелия, покрывающего загнивший участок кор­ня. Еще в XIX веке Антон де Бари установил, что токсином этого гриба, убивающим клетки растения, является простое соединение — щавелевая кислота. У одного вида бактерий был обнаружен фермент оксалатдегид- рогеназа, разрушающий щавелевую кислоту. Ген, кодирующий этот фер­мент, был перенесен генно-инженерными методами в маленькое растение резуху (Арабидопсис), удобное для генетических исследований. Генномодифицированный Арабидопсис стал продуцировать фермент и приобрел устойчивость к белой гнили. Так что за генно-инженерными растениями будущее. Без них человечество, численность которого растет, а посевные площади постоянно изымаются под несельскохозяйственное использова­ние, не прокормить. А страх перед генно-модифицированными растени­ями обывателей подогревается не научными данными об их вреде (таких данных нет), а, как всегда, политическими (не пойдем на поводу у амери­канцев, которые хотят испортить генофонд русских людей) или экономи­ческими (кому же химические фирмы станут продавать пестициды, если растения будут устойчивыми к болезням и вредителям) мотивами.

Другой путь снижения вредоносности фитопато­генных грибов — уничтожение их с помощью фунги- Химия приходит цидов, химическая защита растений. История химической защиты растений от болезней прошла несколько этапов.

Первый этап — использование в качестве фунгицидов неоргани­ческих веществ и, прежде всего, королевы фунгицидов в прошлом — бордоской жидкости, введенной еще в XIX веке французом Милларде для защиты виноградников от болезни мильдью, вызываемой оомицетом плазмопара. Действующее начало бордоской жидкости — ион меди в со­ставе медного купороса (сернокислой меди). Поскольку медный купорос вследствие кислой реакции ожигает листья, его нейтрализуют известью. Кроме меди высокую токсичность для грибов проявляют и другие метал­лы, поэтому в состав многих препаратов, применяемых для обеззаражива­ния семян от поверхностной грибной инфекции, входила ртуть. Ртутные препараты были отменены по экологическим соображениям, вследствие накопления токсичной для многих животных и микроорганизмов ртути в окружающей среде, а медные — вследствие дороговизны меди и ее солей.

Следующий этап связан с открытием фунгицидных свойств многих органических соединений. Эти вещества обладают широким антигрибным спектром действия и низкой токсичностью для растений и теплокровных животных. Их применение позволило сократить расходы дефицитных ме­таллов для нужд сельского хозяйства и упростить процессы приготовле­ния и применения рабочих растворов фунгицидов. Открытие все новых классов органических фунгицидов вызвало создание мощной химической промышленности, связанной с их производством, в которой заняты де­сятки тысяч человек и которая ежегодно производит и продает продукцию стоимостью сотни миллионов долларов.

Третий этап связан с открытием фунгицидов системного действия. Дело в том, что используемые на первых этапах органические и неорга­нические фунгициды, в сущности, фунгицидами не являются. Ведь ионы ртути или меди токсичны для любых клеток, будь то клетки гриба или растения, они убивают грибы, но не обработанные ими растения толь­ко потому, что растительная ткань защищена от проникновения в нее препарата кутикулярным покровом. А отсюда следует, что такого рода фунгициды бессильны против проникшего внутрь растительной ткани грибного мицелия, ибо не могут проникнуть вслед за ним. Это создает не­обходимость проводить опрыскивания раньше, чем произойдет заражение растения, и многократно в течение лета повторять обработки. Системные фунгициды способны проникать в растение, мигрировать в нем и, вслед­ствие селективного действия на структуры гриба, но не растения, убивать грибной мицелий.

Селективность системных фунгицидов обусловлена специфической токсичностью для отдельных звеньев обмена веществ, которые присут­ствуют у грибов и отсутствуют у растений. Например, обязательный ком­понент клеточных стенок многих грибов, хитин, отсутствует у растений. Антибиотик полиоксин D препятствует работе фермента хитинсинтетазы, которая складывает длинную цепочку хитина из отдельных молекул-моно­меров, поэтому полиоксин проникает в растение убивает в нем мицелий гриба, но не оказывает токсического действия на растительные клетки. Как уже было сказано в предыдущих главах, в мембране грибов откла­дывается эргостерин, который отличаются структурно и от фитостеринов растений, и от холестерина млекопитающих. В частности, один из эта­пов биосинтеза эргостерина предусматривает отрезание метильной груп­пы (деметилирование) от 14-го атома углерода молекулы-предшественни­ка. Это процесс осуществляется специальным ферментом. Синтезировано много химических соединений, которые ингибирует данный фермент и, тем самым, ставит блок на пути образования молекулы эргостерина. Эти соединения стали основой многих фунгицидов, причем не только сель­скохозяйственного использования; они входят в состав многих мазей, продаваемых в аптеках в качестве средств борьбы с грибковыми заболеваниями ног, например, ламезила. Очень популярны группы химических препаратов, связывающиеся с белком тубулином, из которого построе­ны микротрубочки клеточного цитоскелета, растягивающие к полюсам хромосомы в процессе деления клетки, и вдоль которых осуществляется транспорт многих веществ в клетках. Соединение этих препаратов с ту­булином грибов и некоторых беспозвоночных животных осуществляется в концентрациях, на несколько порядков более низких, чем с тубулином растений и позвоночных животных. Значит, можно подобрать для защи­ты растений такие концентрации препарата, которые будут токсичны для грибов, но не для растений. Созданы также препараты, блокирующие синтез грибного меланина. Как уже неоднократно было сказано, меланин откладывается в клеточных стенках многих грибов, а у некоторых фи­топатогенных грибов для внедрения в растение необходима меланизация инфекционной гифы; белый, немеланизированный мицелий растет по по­верхности листа, но не внедряется внутрь. А ряд химических соединений блокирует ключевой фермент синтеза белков РНК-полимеразу, причем только у оомицетов, поэтому такие соединения используются для борьбы с возбудителями фитофторозов и ложных мучнистых рос.

Однако системные фунгициды имеют серьезный недостаток, вытека­ющий из самой их сущности, — специфические мишени в клетке гриба. Изменение структуры мишени в результате мутации может привести к тому, что мишень, при сохранении своих биологических функций пе­рестанет связываться с фунгицидом. Например, фунгицид беномил (одно из его коммерческих названий — фундазол) активно связывается с белком тубулином у грибов, однако есть масса организмов, имеющих в клетках
тубулин, но устойчивых к действию беномила вследствие того, что для их связывания требуется гораздо более высокая концентрация беномила. Значит и у грибов возможна мутация в гене, контролирующем синтез тубулина, которая снизит возможности связывания и сделает гриб устой­чивым к фунгициду. Таких устойчивых к беномилу штаммов грибов было обнаружено очень много, вследствие чего препарат после нескольких лет использования потерял свою эффективность. Поэтому применять систем­ные препараты надо осторожно, с использованием специальных стратегий, направленных на то, чтобы не допустить или хотя бы снизить скорость накопления резистентных штаммов в грибных популяциях. Системные фунгициды химические фирмы выпускают только в смеси с контактными, которые неспецифичны и направлены на уничтожение штаммов грибов, резистентных к системному компоненту смеси. Требуется также непрерывный поиск новых классов химических соединений, обеспечивающий частую смену системных фунгицидов.

Широкое использование фунгицидов, как и других химических средств защиты растений (инсектицидов, токсичных для насекомых-вредителей, гербицидов, уби­вающих сорные растения), может представить опасность для самих растений (вследствие фитотоксичности, образования ожо­гов на листьях), потребителей растений человека и сельскохозяйственных животных (вследствие наличия остатков пестицидов в продукции) и окру­жающей среды (вследствие миграции в почве, воде и воздухе и отравления организмов немишеней — полезных микроорганизмов, насекомых и про­чих). Поэтому в обществе развито отрицательное отношение к химической защите растений, подогреваемое такими группировками, как зеленые.

Пятьдесят лет назад была опубликована книга американской жур­налистки Рейчел Карсон «Безмолвная весна», в которой, на основании большого собранного материала, был сделан вывод, что, сохраняя ны­нешние темпы химизации сельского хозяйства, мы рискуем стать свиде­телями страшной весны, когда не зацветет ни один цветок и не запо­ет ни одна птица. Книга была написана настолько ярко и убедительно, что произвела впечатление разорвавшейся бомбы. Горожане стали отка­зываться покупать обработанную ядохимикатами продукцию, фермеры перестали использовать пестициды, федеральное правительство засыпали бесчисленными запросами, были созданы правительственные комиссии из компетентных специалистов. Автор книги подверглась жестким на­падкам со стороны представителей фирм, занимающихся производством пестицидов, ученых-энтомологов и фитопатологов. Знаменитый амери­канский фитопатолог Дж. Хорсфолл обвинил Карсон в разрушении аме­риканского сельского хозяйства. Что же мы видим, спустя полвека после публикации книги Карсон? Сельское хозяйство не разрушено, произ­водство и применение пестицидов продолжается. Но, под влиянием об­щественной критики, и в том числе книги Карсон, а также вследствие возникших в последние годы новых знаний и технологий ученые и произ­водители пестицидов стали более осторожными. Предлагаемые химиками препараты стали подвергаться гораздо более разнообразным испытани­ям, прежде чем получали разрешение к производству, а, следовательно, стоимость одного препарата от первичного синтеза до выпуска на рынок выросла на порядки.

Наконец следующий этап в применении химических средств защиты растений от грибных болезней — использование соединений, которые не убивают грибы, то есть не фунгицидов, как таковых, а веществ, которые вмешиваются во взаимоотношения между растением и грибом-парази­том, повышают потенциал устойчивости первого или снижают потенциал патогенности второго. Выше говорилось о химических соединениях, вме­шивающихся в синтез грибного меланина. Они не тормозят рост гриба и не уменьшают интенсивность его спороношения, но не позволяют ему внедряться в ткань растения.

«Современный интерес к системным фунгицидам внушил мысль о том, что могут быть найдены материалы, усиливающие врожденные механиз­мы устойчивости к болезням. Такие открытия будут ускорены при лучшем понимании механизма опознания паразитом устойчивого хозяина». Это написал 40 лет назад известный английский фитопатолог и генетик Питер Дэй. Сейчас достигнуты большие успехи в понимании механизмов опо­знания паразитом хозяина и хозяином паразита, и ряд фирм за рубежом и в России производит коммерческие препараты, иммунизирующие расте­ния, делающие их устойчивыми к поражению фитопатогенными грибами. Таким образом, селекция и химическая защита растений, начинавшиеся как совершенно различные по методологии и задачам направления в сель­скохозяйственной науке, в настоящее время сливаются в один поток — усиление потенциала природной устойчивости растений к болезням.

Print Friendly

Это интересно: