A gombák a kezdetektől velünk vannak, mégis sok mindent nem tudunk még róluk

2019 február 24., vasárnap 10:03
240

A gombák fontos szerepet töltöttek be az életünkben már az első emberi civilizáció megjelenésekor is. Ehhez képest lehet meglepő, hogy még mindig milyen sok mindent nem tudunk a világukról. Ennek elsősorban technikai akadályai voltak: nagyon kevés olyan fosszília maradt fenn, melyekből a gombák evolúcióját meg lehetett volna ismerni.

Az elmúlt évtized technológiai fejlesztései, elsősorban a genomszekvenálás terjedése azonban komoly változást hoz e téren: világszerte számos olyan projekt fut, amely a gombák eredetét kezdte feltárni. Ezek közül az egyik jelentősebb éppen Magyarországon, az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont Lendület Gomba Genomika és Evolúció kutatócsoportjában. A kutatócsoportot az MTA Lendület-programjának kutatója, Nagy László vezeti, aki 2017-ben elnyerte az Európai Kutatási Tanács 1,5 millió eurós keretösszegű támogatását (ERC).

Mi a csoport egyik kutatójával és az Új Nemzeti Kiválóság Program ösztöndíjasával, Varga Tordával beszélgettünk arról, hogy milyen felismeréseket hoztak az elmúlt évek gombakutatásai, és hogy melyek a legjelentősebb nyitott kérdések. 

Sok még a kérdőjel

Hiába élnek a gombák az embereknél jóval régebb óta a bolygón, egészen a közelmúltig sokszor még a rendszerezésük is komoly kihívást okozott a biológusoknak. Ennek az egyik oka, hogy a gombáké egy rendkívül szerteágazó ország: a candida éppúgy beletartozik, ahogy más élesztőgombák, vagy az erdőkből jól ismert kalapos fajok, a rendkívül drágán eladható szarvasgomba vagy akár az óriási gazdasági pusztítást okozó kártevők. 

Ezek az élőlények, elsőre bármennyire is különböznek egymástól, valójában csupán altörzsek ugyanazon az országon belül, azaz rendszertanilag szoros rokonságban állnak. A helyzetet tovább bonyolítja, hogy akadnak bőven olyan élőlények is, melyeket sokáig mindenki gombának gondolt, és csak az elmúlt évtizedekben derült ki róluk, hogy valójában nem is gombák. Ilyen például több algaféle vagy a rendkívül megtévesztő nevű nyálkagombák

Varga Torda elmondása szerint az áttörést a molekuláris rendszerezés lehetősége hozta el, azaz hogy elérhetővé váltak azok a szekvenálási és rendszerbiológiai technológiák, melyek révén minden eddiginél pontosabb képet lehet kapni a gombák eredetéről és működéséről. 

Hogy pontosan mi mindent kutatnak Szegeden, azt szinte még Varga számára is nehéz átlátni: a kutatócsapatnak 15 tagja van, és mindannyian több részprojektben is részt vesznek. De persze a fő csapásirányok világosak: az egyik ilyen kérdés a gombák komplex többsejtűségének eredete, azaz annak feltárása, hogy az evolúció során a gombák hogyan váltak többsejtű élőlényekké. 

A másik kiemelt kutatási irány az alkalmazott kutatás számára is fontos: ebben a projektben a tuskógombák hírhedt erdőpusztító képességének evolúciós magyarázatát keresik. A magyar erdőkből is ismert tuskógomba rhizomorfákkal, azaz gombafonalakból összeálló gyökérszerű nyúlványokkal támadja meg és fertőzi a növényeket, aminek időnként egész erdős területek látják kárát. 

Sárga gévagomba Fotó: Philippe Clément/BELGA/AFP

Ezek a kérdések régóta foglalkoztatták a mikológusokat, a válasz megtalálását viszont nehezítette, hogy a gombák evolúciójáról sokáig igen keveset lehetett tudni. Nem véletlen, hogy még pár évtizeddel ezelőtt is vitás kérdés lehetett, hogy akkor a gombák a növényekhez vagy az állatokhoz állnak-e közelebb. 

Varga elmondása szerint ez ma már nem kérdés, konszenzus van abban, hogy a gombák az állatokkal állnak inkább rokonságban, de külön leszármazási vonalat képviselve. Persze korábban is számos biológiai jegy utalt erre: például míg a növények keményítőben raktározzák el a tartalék tápanyagokat, a gombáknál és az állatoknál a glikogén látja el ezt a feladatot. Vagy hogy az alacsonyabb rendű gombáknál még megjelennek olyan ivarsejtek, melyek tudnak mozogni: ez is arra utal, hogy az állatok és gombák egy nagy csoportba tartozhatnak. (Ahogy az emberek hátul ostoros ivarsejtjei is ehhez az ősi jelleghez kapcsolódnak.) Voltak ugyanakkor olyan jegyek is, például a fejlettebb gombák helyhez kötöttsége, ami miatt inkább a növényekkel rokonították őket. 

A biológusok számára általában jó módszer a fennmaradt fosszíliák alapján rokonsági kapcsolatok feltárása, de a gombák esetében ez nem könnyű feladat, a gombák gyors bomlása miatt nem maradnak fenn utánuk fosszíliák, melyekből dolgozni lehetne. Épp ezért sokáig csak hipotézisek léteztek az állatok és a gombák közös őséről, ahogy a legősibb gombafajokról is. A genomszekvenálási technológiáknak hála már elkezdték a gombák ősi állapotát rekonstruálni, a szegedi kutatócsoport legutóbbi cikkében is megjelent egy ilyen rekonstrukció. 

A gombák igazi különlegességét persze nem az állatokkal vagy növényekkel mutatott rokonjellegek adják, hanem azok a tulajdonságaik, melyek másokra nem jellemzőek. Varga elmondása szerint ilyen tulajdonság például a kitin tartalmú sejtfaluk, vagy a kevés élőlényére hasonlító táplálkozásuk: a gombák sejten kívüli emésztéssel veszik fel a táplálékukat, azaz egy enzim a sejten kívül emészti meg az elfogyasztásra kinézett tápanyagot, majd azt már megemésztett, folyékony állapotban veszi fel a sejt. 

Ezen kívül a gombák egyik legfontosabb jellegzetessége a rettentő erős hajlam a többi élőlénnyel való együttműködésre, interakcióra. Ebbe a szimbiotikus viszonyoktól a parazitalétmódig minden belefér. 

Gombakommunikáció

Épp ez utóbbi tulajdonság miatt a gombák az élővilág megkerülhetetlen szereplői: az edényesnövények 80 százaléka él szimbiotikus kapcsolatban velük. Vannak olyan gombatörzsek, melyek csak füvekkel és lágyszárúakkal élnek együtt, és van egy nagyobb csoport, amely elsősorban fásszárúakkal. E utóbbiak közé tartozik az erdei gombák jelentős része, a vargányától a rókagombán át a galócákig. Amikor az erdőt járva gombát szedünk, akkor ezeknek a gombáknak a termőtestét szedjük le, de a föld alatt ott marad a mikorrhiza, azaz a gombás gyökér, az összeköttetés a gombák és a fa gyökere között. 

Gombák és fa mikorrhizás kapcsolata Illusztráció: Jean-Philippe Delobelle/Biosphoto

Ennek a kapcsolatnak a kulcsa Varga elmondása szerint, hogy a gomba gyökérfonala sokkal hatékonyabban tudja feltárni a talaj tápanyagforrását. Egyrészt mert kisebb átmérőjű, mint egy gyökér, és a relatív felülete sokkal nagyobb. Másrészt mert a gombák nagyon sokféle enzimet termelnek, emiatt pedig hatékonyabban tudják kivonni a tápanyagot. 

Az együttműködés sokszor mindkét fél számára kölcsönös: a gombák tápanyagot és vizet adnak át, a fák pedig fotoszintetizálnak, és így cukrot, tehát szénforrást adnak át a gombának. 

A fa és a gomba termőtest közvetve van kapcsolatban, a micélium, azaz a gombafonalak összessége köti össze őket. A föld alatti fonalaikkal messzire terjeszkedő gombák ráadásul közvetve kapcsolatot létesíthetnek az erdő egyes fái között is. Az, hogy a gombák révén a fák között tápanyag tud vándorolni, ma már bizonyított képesség. De hogy ezen kívül milyen típusú együttműködést és kommunikációt tesznek lehetővé ezek a gombák, azzal kapcsolatban még számos kutatás zajlik világszerte. 

Ez a kapcsolat persze nem minden esetben szimbiotikus: az egyik legismertebb parazitagomba, a tuskógomba a magyar erdőkben is komoly károkat okoz, és erről a fajról is tudni, hogy a föld alatt hatalmas területeket képes behálózni egyetlen egyed. A legnagyobb ismert tuskógomba Oregonban található, és ez a legnagyobb kiterjedésű ismert szárazföldi élőlény, amely közel 10 négyzetkilométernyi területen terül el. 

Hogy lettetek ilyenek? 

Azt, hogy hogyan alakultak a gombafajok az evolúció során, Varga szerint a szaporodás és az adott környezethez történő adaptáció felől lehet megérteni. Minden élőlény alakulásában a mozgatórugó a reprodukciós siker, hiszen minél hatékonyabban szaporodsz, annál több utódod viszi tovább a génállományodat. A gombáknál ezt a célt szolgálják a termőtestek, melyeknek valójában szexuális szaporítóképletek. A fejlettebb gombák termőteste az, amit a legtöbben gombaként emlegetünk és az erdőkből vagy a boltokból ismerünk: a földből kinövő tönk és kalap. Ennek feladata, hogy a spórák terjedését elősegítse. 

A spórák terjesztését legtöbbször a szél végzi, de vannak olyan földalatti gombák (például a szarvasgomba), melyek illatanyagokkal érik el, hogy állatok felfigyeljenek rájuk. Ezek szaporodásához nélkülözhetetlen, hogy egy állat kitúrja és elfogyassza őket, és vannak olyan gombák is, melyek spóráinak át kell menniük egy állat tápcsatornáján ahhoz, hogy lebomoljanak róluk azok a rétegek, melyek nélkül aztán a talajba hullva ki tudnak hajtani. 

A rettegett tuskógomba Fotó: Patrice Correia/Biosphoto

A gombák sok másodlagos anyagcsereterméket állítanak elő, és Varga elmondása szerint sokszor még a mai napig kérdéses, hogy mi indokolja ezt. Például a mérges gombák esetében, ahol a feltételezések szerint a mérgük csak melléktermékként alakult ki. De mivel itt tíz és százmillió évek alatt formált tulajdonságokról van szó, az okokat sosem egyszerű feltárni. 

A molekuláris technológiák elterjedése miatt a gombák országát ma már jól le lehet határolni, de arról Varga szerint nagyon komoly viták zajlanak a mikológusok között, hogy hány gombafaj létezik. Az biztos, hogy rengeteg: a kutatók ugyanis folyamatosan írnak le új fajokat. A vita viszont arról szól, hogy a feltárt új fajok valóban mind újak-e.

Ma már meg lehet azt tenni, hogy fogsz egy marék földet, majd kielemzed, hogy milyen eddigi leírt fajok genetikai állományának nyomai fedezhetőek fel benne. Ezekben a vizsgálatokban rendre azt találják, hogy a minták nagyon nagy, 50-80 százalékos arányban tartalmaznak még nem leírt gombafajokat. Vannak viszont a mikológusok között, akik szerint szó nincs arról, hogy ezek mind új gombafajok lennének: szerintük világszerte a múzeumokban és kutatóintézetek polcain ott áll rengeteg olyan gombafaj, melynek még nem írták le a genetikai állományát, így nem véletlen, hogy a földből vett minták szekvenálása után nem akadtak hasonló egyedekre. 

A szegedi laborban jelenleg is zajlik egy projekt, melynek a célja, hogy pontosabb becslésekhez jussanak arról, hogy hány gombafaj él a Földön. A jelenleg előforduló becslések ugyanis egyelőre nagyon szórnak, pár tízezrestől több milliós nagyságig léteznek elképzelések. 

Az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjának csapata: Krizsán Krisztina, Kiss Brigitta, Kiss Enikő, Földi Csenge, Varga Torda, Biketova Alyona, Nagy László, Demcsák Anett, Sahu Neha, Bense Viktória, Almási Éva, Hegedüs Botond, Báyer-Császár Eszter, Virágh Máté, Bálint Balázs, Merényi Zsolt Fotó: Merényi Zsolt

A szegedi kutatócsapat részt vesz egy nemzetközi együttműködésben is: az amerikai kormány által finanszírozott 1000 gombagenom projektben a gombák teljes birodalmának genomkönyvtárát állítják össze, és ebbe bárki küldhet be fajokat szekvenáltatni. Az ezer faj lassan össze is jön, de még ezután is komoly kihívások várnak a kutatókra, ezer gomba genomja ugyanis elképesztő adatmennyiséget jelent, ez még a legújabb számítógépek számára is komoly kihívást jelent majd. 

Rengeteg pénz lehet a gombákban 

Mint minden természettudományos területen, a gombákkal kapcsolatban is párhuzamosan zajlanak alap-, és alkalmazott kutatások. Az alapkutatások a gombák alapbiológiájára és a mélyebb rokonsági kapcsolatokra koncentrálnak, az ipart és a befektetőket igazán érdeklő alkalmazott kutatások terén az egyik legfontosabb irány a parazitagombák működésének megismerése. A gombák egyik fő jellemzője, hogy a növényi anyagot nagyon hatékonyan tudják bontani, ezért kifejezetten izgalmas például azoknak a gombáknak a genomja, melyek egy hét alatt képesek lebontani egy faházat. Ezzel összefüggésben Szegeden annak eredtek még a nyomába, hogy a gombák evolúciója során mely fajokban jelentek meg bizonyos enzimkészletek. 

Ennek a mechanizmusnak a megismerése egyrészt azért lehet fontos Varga szerint, mert jelenleg a gombák legnagyobb, az emberi életre mért hatása a mezőgazdasági és erdőgazdasági kártevők formájában jelenik meg: ezek a gombák évről évre elképesztő károkat okoznak, vannak fajok, melyek egész gabonatáblákat vagy erdőket képesek letarolni. A szegedi laborban is kiemelt figyelem jut a már említett tuskógombára. 

Az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjának csapata a Soproni Egyetem kutatóival együttműködve vizsgálta meg tuskógombák örökítőanyagát, és a Nature Ecology & Evolution című folyóiratban megjelent cikkükben bemutatták, ahogy ezek a gombák az evolúció során fokozatosan fedeztek fel és tettek magukévá olyan eszközöket, melyek révén képesek voltak az élő fák védekezési mechanizmusait is kijátszani. Ezeknek a géneknek és enzimeknek a megismerése révén pedig elképzelhető, hogy egy védekezési rendszert is ki lehet dolgozni a gombákkal szemben. 

Trágyatintagomba (Coprinopsis cinerea) fejlődő, körülbelül 0,4 és 0,6 cm nagyságú termőteste laboratóriumi körülmények között. Fotó: Merényi Zsolt

Igaz, egyelőre még az sem teljesen világos a biológusok számára, hogy min múlhat a tuskógomba pusztítása. Varga elmondása szerint ugyanis nem mindenhol tarolják le az erdőket, ahol megjelennek. A kutatók feltételezése szerint számíthat az erdő összetétele épp úgy, ahogy szerepe lehet a baktériumoknak is: a baktériumok ugyanis mindenhol, így a gombákon is jelennek vannak, és hol akadályozzák, hol pedig segítik a gombák tevékenységét.  

De a növényi sejteket hatékonyan bontó gombák technikájának megismerése nemcsak az erdőirtás megakadályozása miatt lehet fontos: ez a képesség ugyanis fontos szereplővé teheti ezeket a gombákat a bioüzemanyag-iparban is. 

Varga a már említett kutatások mellett további projektekben is részt vesz. Az egyik laboratóriumi kísérletében a komplex többsejtűség kialakulását vizsgálja. A legfontosabb kérdés a számukra, hogy a genomon belül milyen gének lépnek működésbe akkor, amikor a termőtest elkezd kifejlődni. A micélium még meglehetősen egyszerű, 2D-s struktúrával bír, semmilyen differenciált sejt nincs benne, és ebből alakul ki az a test, amely már 3D-s, differenciálódott sejtekből áll. 

Ennek kutatásához a rendkívül gyors életciklussal rendelkező tintagombát növesztett a laborban, és ennek a nagyon kicsiny, a milliméter ötödét kitevő képleteiből vett metszeteket, melyeket aztán mikroszkóp alatt további részekre vágott. Ebből a mintából vesz ki aztán RNS-t, és ebből derülhet ki aztán, hogy ebben a szövettípusban, ebben a konkrét stádiumban melyik gének voltak aktívak. 

Fotó: JENS KALAENE/dpa Picture-Alliance/AFP

Varga elmondása szerint ez meglehetősen kezdeti kutatás, mivel még mindig viszonylag keveset tudni a kezdetleges gombaszövetekről. A kifejlett termőtestek szöveteit már jobban ismerik a biológusok, de hogy az a stádium hogyan alakult ki, még mindig homályos. A micélium átalakulása pedig egyben a komplex többsejtűség kialakulását is reprezentálja, így az eredményeknek a gombákon túlmutató jelentősége is lehet, és ötleteket adhat azzal kapcsolatban, hogy milyen gének vettek részt az evolúcióban a többsejtűség kialakulásában. 

Ezen a kutatáson három és fél évet dolgozott, pont tavaly év végén sikerült rengeteg kísérletezés után végre RNS-t kinyerniük, és terveik szerint pár hónapon belül el is tudják küldeni majd az Egyesült Államokba szekvenálni a mintáikat, így ha minden jól megy, fél év múlva már adat is lehet a kezükben. 

Az persze még nagy kérdés, hogy mennyire megy majd könnyen az adatok feldolgozása. Varga a korábban már említett bioinformatikai projektben is részt vesz: ebben több ezer faj genomrészletét szekvenálták már meg, és az ő feladata az lett, hogy a hasonló szekvenciákat összevetve keressen rokonsági viszonyokat. 

Sötétpikkelyes tuskógomba (Armillaria ostoyae) Petri-csészében nővő rhizomorfája Fotó: Merényi Zsolt

Mára már a termőtestképző gombák (Agaricomycetes) osztályából több mint ötezer faj adatait összegyűjtötték, ez a filogenetikai munka pedig lehetőséget teremtett arra, hogy megnézzék, hol és mikor történtek bázispárcserék a rokonfajok között. Az eredményeket pedig elhelyezték egy idősíkon, ezzel pedig láthatóvá vált, hogy a termőtestképző gombák evolúciója hol gyorsult be, hol vált lassabbá, és milyen morfológiai változások zajlottak közben. A cikkük éppen megjelenésre vár, ha kijön, akkor ez lesz az eddigi legnagyobb filogenetikai törzsfa, amit valaha elkészítettek a gombákról. 

A kutatás során tudtak következtetni a termőtestképző gombák ősére is, és az derült ki, hogy ezek a termőtesttel rendelkező bazídiumos gombák a Jura-korban kezdtek el differenciálódni, azaz akkor alakultak ki a ma ismert termőtestek, amikor még bőven dinoszauruszok taposták a földet. 

A felső fotó Samuel Dhier/Biosphoto, a címlapkép Cyril Ruoso/Biosphoto munkája.