Comparative genome mining of endophytic Aspergillus species reveals conserved biosynthetic gene clusters across multiple hosts
Deze studie presenteert de eerste vergelijkende genomische analyse van endofytische *Aspergillus fumigatus* en *Aspergillus terreus* geïsoleerd uit Iraanse medicinale planten, wat een hoge diversiteit aan geconserveerde en soortspecifieke biosynthetische genclusters onthult die hun uitzonderlijke metabole potentieel voor de ontdekking van natuurlijke producten benadrukken.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Diep binnenin de gezonde weefsels van planten, onzichtbaar voor het blote oog, leeft een verborgen wereld van schimmels. Dit zijn niet de schimmels die fruit laten rotten of de paddenstoelen die de bosbodem sieren; het zijn endofyten, microscopische bewoners die binnenin een plant leven zonder deze ziek te maken. Decennialang hebben wetenschappers vermoed dat deze verborgen gasten chemische fabrieken zijn, die unieke verbindingen produceren die de plant helpen te overleven tijdens droogte of zich te verdedigen tegen plagen. Onder de meest productieve van deze microscopische bewoners behoren soorten van Aspergillus, een genus van schimmels die bijna overal op aarde te vinden is. Terwijl sommige Aspergillus-soorten bekend staan om het veroorzaken van ziekten bij mensen of het bederven van voedsel, leven anderen vredig binnen in planten, en onderzoekers zijn steeds meer geïnteresseerd in welke chemische geheimen zij zouden kunnen herbergen. De grote vraag is of de specifieke plant waarin een schimmel leeft de chemicaliën verandert die hij maakt, of dat de schimmel een standaard set chemische gereedschappen met zich meedraagt, ongeacht zijn thuis. Het begrijpen van deze relatie is cruciaal voor het vinden van nieuwe medicijnen, aangezien veel levensreddende medicijnen, van antibiotica tot behandelingen voor cholesterolverlaging, oorspronkelijk door schimmels zijn ontdekt.
In een recente studie onderzochten onderzoekers in Iran deze relatie door naar twee specifieke soorten Aspergillus-schimmels te kijken die binnen drie verschillende medicinale planten voorkomen. Het team concentreerde zich op Aspergillus fumigatus en Aspergillus terreus, twee soorten die bekendstaan om hun vermogen om complexe chemicaliën te produceren. Ze verzamelden monsters van de bladeren van kameldorn en stokroos, evenals van de wortels van zoutceder, die allemaal inheems zijn in de regio Oost-Azerbeidzjan. Door de plantoppervlakken zorgvuldig te steriliseren en de schimmels in het laboratorium te kweken, bevestigden ze dat A. fumigatus een echte generalist was, die in alle drie de verschillende planten leefde en zowel in bladeren als in wortels voorkwam. In tegenstelling hiermee was A. terreus selectiever; deze kwam alleen voor in de wortels van de zoutceder en de bladeren van de kameldorn, maar was volledig afwezig in de stokroos. Dit verschil in waar de schimmels werden gevonden, suggereerde dat A. fumigatus zeer aanpasbaar is, terwijl A. terreus mogelijk kieskeuriger is over zijn gastheer.
Om te begrijpen waarom deze schimmels anders reageren, maakten de onderzoekers gebruik van een techniek genaamd genoommining. In plaats van de schimmels te kweken om te zien welke chemicaliën ze in een schotel produceren, keken ze direct naar de genetische blauwdrukken, of genomen, van de twee soorten. Ze gebruikten een gespecialiseerd computerprogramma om het DNA te scannen op "biosynthetische genclusters". Dit zijn groepen genen die samenwerken als een lopende band in een fabriek om specifieke chemische verbindingen te bouwen. De analyse onthulde een opvallend verschil in het potentieel van deze twee schimmels. Het genoom van A. fumigatus bevatte 44 van deze genclusters, terwijl A. terreus een enorme 73 bezat. Dit hoge aantal voor A. terreus is een van de hoogste ooit geregistreerd voor een schimmel die binnen een plant leeft, wat suggereert dat het een buitengewoon vermogen heeft om een breed scala aan chemische verbindingen te creëren.
Toen de onderzoekers de genclusters van de twee soorten vergeleken, ontdekten ze dat 15 van hen gedeeld werden door beide soorten. Deze gemeenschappelijke clusters produceren waarschijnlijk essentiële hulpmiddelen voor overleving, zoals sideroforen, moleculen die de schimmel helpen ijzer uit de plantomgeving te grijpen, een nutriënt die vaak schaars is. Ze deelden ook genen voor terpenen, vluchtige chemicaliën die kunnen helpen bij communicatie of defensie. De verschillen waren echter even belangrijk. A. fumigatus had unieke genclusters voor het maken van fumagilline, een verbinding die bekend staat om het stoppen van de groei van bloedvaten, en gliotoxine, dat het immuunsysteem beïnvloedt. A. terreus droeg daarentegen de specifieke genetische instructies voor het maken van lovastatine, een beroemd medicijn dat wordt gebruikt om het cholesterolgehalte te verlagen, evenals terreïnezuur. De studie toonde aan dat hoewel beide schimmels over een basisset aan gereedschap beschikken om in planten te leven, ze verschillende specialisaties hebben ontwikkeld, waarbij A. terreus een veel grotere en diversere chemische werkplaats lijkt te hebben dan zijn tegenhanger.
De onderzoekers merkten ook op dat de afwezigheid van A. terreus in de stokroosplant mogelijk te wijten is aan de eigen chemische verdediging van de plant, die deze specifieke schimmel zou kunnen remmen terwijl A. fumigatus, die meer aanpasbaar is, kan gedijen. Hoewel de studie de genetische potentie voor deze chemicaliën identificeerde, waarschuwde de auteur dat het bezitten van de genen niet garandeert dat de schimmel de verbindingen momenteel produceert; veel van deze genetische fabrieken blijven stil staan tenzij ze worden geactiveerd door specifieke omstandigheden. Desalniettemin bevestigen de bevindingen dat deze endofytische schimmels rijke bronnen van biologische diversiteit zijn. Door het in kaart brengen van het genetische potentieel van schimmels uit Iraanse medicinale planten, benadrukt de studie hen als veelbelovende kandidaten voor toekomstige ontdekking van geneesmiddelen, wat een inkijkje geeft in de enorme, verborgen chemische bibliotheek die planten en hun microscopische partners delen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.