Оставленный почти на десять лет в лабораторном холодильнике плесневый сыр позволил сделать интересное открытие: колонии грибка рода Penicillium, произраставшие на сыре, адаптировались к темноте за счет потери пигментации и появления мутаций в гене синтеза меланина. Такие штаммы получили конкурентное преимущество для роста в темноте — типичных условиях, при которых сыр созревает в сырной пещере, — и распространились в популяции. Обнаруженная локальная адаптация может стать частью процесса направленного одомашнивания грибов.
Изображение:
Сыр «Бейли Хейзен Блю», покрытый плесневым грибком зеленой окраски (изначальный штамм) и адаптировавшимся к темноте штаммом, который утратил пигментацию.
Credit:
Benjamin Wolfe | пресс-релиз
«Сырные пещеры» — это подземные помещения, используемые для хранения и выдержки сыра. Сыры, выдержанные в таких помещениях, позволяют проводить эксперименты по естественной колонизации микроорганизмами и наблюдать отбор в популяциях грибов. Когда сыры, созревшие на поверхности, помещают в пещеры, на их поверхности образуется микробная корка, состоящая из сообществ бактерий, дрожжей и нитчатых грибов (плесени). Понимание того, как микроорганизмы адаптируются к различным условиям, может помочь лучше прогнозировать эволюцию патогенов, разрабатывать штаммы для биотехнологии и определять механизмы, обуславливающие реакцию на изменения окружающей среды.
Авторы статьи в CurrentBiology представили результаты многолетнего эксперимента по изучению локальной эволюции грибка Penicillium solitum, ассоциированного с производством сыра. Исследователи не только установили, как грибы адаптируются к условиям сырных пещер, изменяя свою биологию, но и задокументировали изменения в течение десятилетия производства сыра. Интересно то, что открытие произошло совершено случайно — Бенджамин Вулф, доцент биологии и первый автор статьи, хранил образцы сыра «Бейли Хейзен Блю» в глицерине в течение десятилетия в морозильной камере лаборатории. Но когда его аспирант Николас Лоу забрал свежие образцы «Бейли Хейзен Блю» из пещер на ферме Джаспер-Хилл, он обнаружил, что сыр, старые образцы которого были покрыты слоем зеленого грибка, теперь стал белым.
«Бейли Хейзен Блю» — это сорт голубого сыра, который инокулируется плесенью P. roqueforti в сырной пещере. В течение примерно 60 дней на поверхности сыра формируется микробное сообщество, известное как природная корка. Она которая придает сыру вкусовые качества в процессе созревания и влияет на его внешний вид, образуя характерный налет. В самые ранние годы изучения этого сыра (2010–2014 гг.) корка была покрыта пятнами коричневого, зеленого и белого цветов и состояла преимущественно из нитчатых грибов разных видов. Со временем в корке стал преобладать зеленый цвет, особенно в период с 2014 по 2016 год (в предыдущей работе авторы отметили, что этот фенотип был вызван грибом P. solitum).
В какой-то момент между 2016 и 2022 годами цвет резко изменился с зеленого на белый, который сохранялся вплоть до 2025 года (до момента публикации статьи). Ученые предположили, что сдвиг вызван или изменением видового состава микробного сообщества, либо изменением фенотипа P. solitum. Для исследования они отобрали образцы, полученные в 2016, 2022 и 2024 годах (по одному образцу корки от каждой из 50 отдельных головок сыра по всей пещере), чтобы охарактеризовать видовой состав сообщества корки.
Данные посева и секвенирования показали, что P. solitum был доминирующей культурой в образцах 2016 года (100% образцов), 2022 (73%) и 2024 годов (100%). Также авторы обнаружили различные другие виды Penicillium, виды Scopulariopsis и дрожжи Debaryomyces hansenii — типичных представителей микробиомов сырных корок. Однако изменение состава грибкового сообщества не объяснило изменение фенотипа корки с зеленого на белый. При количественной оценке фенотипов колоний P. solitum, собранных в три разных года, авторы заметиличеткую закономерность, которая совпадала с изменениями внешнего вида сыра: доля белых колоний относительно зеленых изменилась с менее чем 1% в 2016 г. до 97% в 2022 г. и 99,6% в 2024 г.
Чтобы выявить генетические механизмы, которые могли вызвать такие сдвиги в фенотипах P. solitum с течением времени, авторы секвенировали геномы 43 штаммов (11 зеленых и 32 белых), выделенных из проб разных лет. У белых штаммов P. solitum они обнаружили больше несинонимичных мутаций, чем у зеленых; ключевым отличием оказались изменения в гене alb1, связанном с синтезом меланина (грибковые меланины представляют собой черные, коричневые, серые или зеленые пигменты, защищающие грибы от УФ-излучения и других стрессовых факторов). Эти мутации (точечные, делеции или вставки в промоторе) появились после 2016 года и распространились в популяции к 2022–2024 годам.
У половины белых штаммов P. solitum имелась крупная вставка мобильного элемента (ретротранспозона LINE) вблизи гена alb1, которая, вероятно, нарушает регуляцию его экспрессии, что приводит к снижению синтеза меланина и формированию белого фенотипа. При нокауте гена alb1 у P. solitum авторы получили штамм без зеленой пигментации, по морфологии схожий с белыми изолятами. В эксперименте с посевом на агаре через шесть недель появились белые колонии. У одного белого изолята ученые выявили вставку в alb1, что подтвердило значимость этого гена для образования пигмента и возможность быстрой потери пигментации.
Для более детального описания фенотипических изменений P. solitum авторы выбрали три белых штамма в качестве репрезентативных, охватывающих разнообразие геномных изменений в alb1. Они подтвердили, что наблюдаемая смена окраски с зеленой на белую связана со сдвигами количества меланина — у всех белых штаммов был значительно снижен синтез этого пигмента. Также у белых штаммов авторы обнаружили сниженное спорообразование, что может быть связано с высокой доступностью питательных веществ в сыре. Серьезных изменений в росте мицелия выявлено не было.
Секвенирование РНК выявило у всех трех белых штаммов снижения в глобальной экспрессии генов, что согласуется с некоторыми предыдущими сообщениями об изменениях общего транскриптома при адаптации грибов к сырным субстратам. При этом каждый штамм имел уникальный набор биохимических путей, которые были активированы или ингибированы, то есть каждый белый штамм отличается своей биологией от других. Различные изменения в экспрессии связаны с мутациями в конкретном участке гена.
Считается, что меланин важен для защиты грибов от стресса в естественной среде с высокой освещенностью, и его синтез может представлять собой неоправданную нагрузку в условиях, где света мало, например, в сырных пещерах. Эксперименты с культивированием штаммов при разной степени освещенности подтвердили, что что адаптированные к пещерам белые штаммы обладают конкурентным преимуществом перед окрашенными грибками.
Известно, что плесень влияет на формирование бактериальных сообществ на поверхности сыра. Однако анализ динамики микробиома и высвобождения аминокислот из казеина показал, что различия в формировании бактериального сообщества в присутствии зеленых и белых штаммов P. solitum были незначительными. Влияние штаммов на высвобождение аминокислот также оказалось слабым.
Исследователи отметили, что у сыра изменились вкусовые качества. По словам Николаса Лоу, сыр «приобрел более выраженный ореховый привкус и стал менее резким». По мнению дегустационной комиссии, он обладает многообещающими характеристиками, которые будут доработаны в новых партиях сыра. Ученых надеются, что в будущем удастся разработать надежный процесс одомашнивания плесневых грибов, чтобы создать новое генетическое разнообразие и использовать его для сыроделия.
Источник
Louw, N.L. et al. Long-term monitoring of a North American cheese cave reveals mechanisms and consequences of fungal adaptation // Current Biology (2025), Published Online 12 September, 2025. DOI: 10.1016/j.cub.2025.08.053
Цитата по пресс-релизу