О необычных свойствах, пользе грибов и трудностях в их изучении рассказывает доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой микологии и альгологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Александр Васильевич Кураков.
― Правда ли, что о грибах науке известно меньше, чем о вирусах, бактериях и растениях?
― Да, это так. На текущий момент в науке описано около 5% от того богатейшего разнообразия грибов, что потенциально существует на планете Земля. Мы знаем лишь около 140 тыс. видов, а по прогнозам их более 5 млн или даже больше.
― С чем связан такой дефицит знания в этой области?
― В первую очередь с тем, что грибы в отличие от растений ― это скрытые организмы: они развиваются в виде микроскопических объектов внутри почвы, в древесине, в подстилке. Непосредственно на поверхности мы наблюдаем их значительно реже, чаще всего при формировании видимых плодовых тел или мицелиального мата. Кроме того, в природе есть грибы, которые в принципе не образуют плодовые тела или невидимы невооруженным глазом. Это так называемые микроскопические грибы, составляющие около 90% от всего разнообразия грибов на планете! Без использования микроскопов увидеть и изучать их практически невозможно.
Микология ― один из разделов биологии: наука, изучающая морфологию, биохимию, систематику, экологию, физиологию и филогению грибов, а также механизмы и особенности их распространения, роль в природе и жизнедеятельности человека.
Источник фото: Wirestock, фотобанк Freepik
Ежегодно ученые открывают порядка 2 тыс. новых видов грибов. На нашей кафедре есть небольшая группа специалистов, изучающих новые грибные организмы в тропических лесах, на территориях с экстремальными условиями жизни и не только там. За последние пять лет они обнаружили не менее полусотни новых для науки видов грибов.
― Грибы ближе к животным или к растениям? Можно ли назвать высшие грибы живыми чувствующими существами?
― Грибы, конечно, живые организмы. Карл Линней, заложивший в XVIII в. принципы классификации природы, разделял ее на неживую, к которой относились минералы, и живую, куда были включены животные и растения. Изначально грибы были отнесены к самым примитивным растениям, так как они не образуют корней, стеблей и листьев, а также не обладают органами чувств. Но представления изменились и грибы были выделены в отдельное царство.
На основе филогенетического анализа, биохимических, ультраструктурных признаков, строения зооспор (у грибов они с одним гладким жгутиком, как сперматозоид с одним задним гладким жгутиком у животных) было установлено, что грибы намного ближе к животным, нежели к растениям. С растениями же грибы роднят морфологическое строение, некоторые способы размножения.
Грибы ― это в основном неподвижные организмы, клетки которых имеют клеточную стенку. В каком-то смысле грибы действительно могут чувствовать. Их восприятие окружающей среды происходит за счет взаимодействия с молекулами различных соединений: мицелий (вегетативное тело грибов, состоящее из тонких разветвленных нитей, называемых гифами), встречая на своем пути питательные вещества, например сахара, начинает расти в этом направлении. Напротив, встретив токсичные вещества, грибница будет огибать это пространство. Таким образом, мицелий считывает с помощью рецепторов то, какие соединения присутствуют во внешней среде, и, исходя из этого, строит свою траекторию роста.
При разрушении, разрыве нитей мицелия грибам приходится репарировать поврежденные участки, чтобы остановить вытекание цитоплазмы из мицелия, но вряд ли грибы могут чувствовать боль, когда люди во время «тихой охоты» срезают их плодовые тела.
― Бактерии способны вырабатывать электричество, очищать воду и перерабатывать отходы, включая даже пластик. А какие суперспособности есть у грибов?
― Грибы, как и бактерии, активно используются человеком. За примерами далеко ходить не нужно: можно вспомнить, например, дрожжевые грибы, содержащиеся в кефирных зернах. Квас, вино, пиво мы тоже получаем благодаря дрожжевым грибам. Хлебопечение, пивоварение, виноделие, как известно, также невозможно представить без использования нескольких видов дрожжевых грибов: Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe и др. Традиция хлебопечения исчисляется тысячелетиями. Об этом говорят в том числе наскальные рисунки в гробницах фараонов возрастом в несколько тысяч лет. Кроме того, с грибами связано несколько важнейших достижений в медицине: открытие антибиотиков и их внедрение в клиническую практику, открытие иммуносупрессирующего соединения циклоспорина, позволяющего успешно проводить операции по пересадке органов, использование метаболитов эндофитных грибов в химиотерапии и многое другое. Что касается утилизации отходов, то грибы и здесь играют очень важную роль.
В окружающей среде находится огромное количество синтетических пластиков, созданных человеком. 95% организмов, способных разложить этот пластик, составляют именно грибы! Поиск организмов, разлагающих пластиковые отходы, в том числе среди грибов ― отдельная и очень интересная тема.
― Грибы смогут утилизировать только новый, биоразлагаемый пластик, но не старый, уже накопившийся на планете?
― Вероятно, да. Поэтому развитие этого научного направления невозможно без замены имеющегося пластика на биоразлагаемый. В целом грибы очень ценны тем, что способны разрушать сложные и наиболее стойкие природные соединения: лигнин, гумусовые вещества и др. Кроме того, с помощью препаратов на основе грибных организмов можно ликвидировать разливы свежей нефти.
В целом, грибы ― это продуценты половины разнообразных ферментов для промышленности. Их используют для получения стероидных препаратов, в производстве сыров, для созревания копченых колбас, при создании пищевых продуктов (например, заменителей мяса) для людей и кормов для животных. На основе мицелия в последние годы возникли производства новых материалов и изделий.
― К слову о промышленности. Какие грибы в нашей стране выращивают в промышленных масштабах?
― У нас хорошо налажено производство шампиньонов, и сегодня мы входим в тройку лидеров по Европе, хотя еще десять лет назад занимали только 20-е место. По сути, в промышленных масштабах мы выращиваем только шампиньоны, немного вешенок и грибов шиитаке. На этом российская линейка культивируемых грибов заканчивается. В то же время в Китае, например, выращивают около 30 видов грибов.
В мире собирают для употребления в пищу около 350 видов грибов, и как минимум 100 из них можно культивировать в промышленных масштабах.
― Что же мешает?
― Отсутствие технологий промышленного, экономически выгодного производства для разных видов грибов. Это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Люди выращивают обычную пшеницу на протяжении тысячелетий, постоянно совершенствуя процесс, а с грибами, чьи циклы развития скрыты от наших глаз, все намного сложнее. Биомасса грибницы, пропитывающей лесную подстилку, может составлять тонны, но мы не видим ее. Тем не менее развивать технологии, о которых мы с вами говорим, очень важно для нашей страны, так как мы накапливаем очень много отходов сельскохозяйственного производства, деревообрабатывающей и пищевой промышленности. С помощью новых технологий можно превратить эти отходы в новый ценный продукт ― грибы (вырастив их на субстрате из отходов).
Грибы, занимают промежуточное место между растительной и животной пищей. Они сочетают в себе их самые полезные свойства.
В грибах содержится большое количество белка, незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, витаминов и микроэлементов, а также трудноразлагаемые полисахариды, делающие их диетическим продуктом.
― Не только лесные, но и культивируемые грибы, например шампиньоны, богаты этими полезными свойствами?
― Конечно. По своему качеству шампиньоны вообще считаются одними из лучших грибов. Это диетический продукт, включающий белки, все незаменимые аминокислоты, клетчатку (хитин), ненасыщенные жирные кислоты, микроэлементы, витамины групп B, С, D, никотиновую и фолиевую кислоты, кальций, фосфор, калий, железо.
В таких видах грибов, как белые, шампиньоны, вешенка, шиитаке, лисички, сморчки, этих витаминов намного больше, чем в животной пище.
― Какой способ приготовления грибов позволяет максимально сохранить всю пользу?
― Максимально насыщены питательными веществами свежие грибы, а также жареные. Следующий эффективный способ сохранения всех полезных свойств ― замораживание, за ним идет сушка, а потом уже холодная консервация и варка. Такая же последовательность сохранения питательных свойств ― свежий продукт, замороженный, высушенный, законсервированный ― справедлива и для растительной и животной пищи. Термическая обработка, как известно, приводит к потере части питательных веществ.
Чага, или черный березовый гриб, паразитирует на древесине березы, ольхи, ивы, рябины, осины. Развивается в углублениях и трещинах деревьев, паразитируя на них много лет, пока древесина не станет трухлявой и не рассыплется.
Источник справки: ВикиГриб.
Автор фото: Tocekas / Wikimedia Commons
― И еще о полезных свойствах грибов. Правда ли, что популярный в народной медицине гриб чага обладает противоопухолевой активностью и способен предотвратить появление рака?
― Стопроцентной гарантии защиты от рака ничто дать, конечно, не может, но гриб чага (Inonotus obliquus) действительно используется в клинической практике, чтобы предотвращать раковые новообразования, в основном в желудочно-кишечном тракте. Препараты, получаемые из чаги, продаются в аптеках, но принимать их нужно только после консультации с лечащим врачом. Некоторые люди просто собирают эти грибные наросты на деревьях у себя в лесу по соседству, заваривают и пьют как чай ― получается довольно неплохой напиток, который можно использовать в профилактических целях.
В медицине также популярны шиитаке и щелелистник обыкновенный: эти ксилотрофные грибы активно используются для повышения иммунитета у пациентов, проходящих химиотерапию. В Японии, например, прием препаратов на основе этих грибов прописывается на протяжении всего курса химиотерапии, а также до и после нее ― для восстановления жизненного тонуса. Эффективность химиотерапевтического лечения после приема таких препаратов значительно повышается.
― Все дело в том, что чага нейтрализует окисляющее воздействие свободных радикалов?
― Снижение количества активных форм кислорода в человеческом организме и влияние грибов на этот процесс пока еще до конца не изучены. Есть предположения, что грибные полисахариды обволакивают раковые клетки и они становятся менее жизнеспособными. В этой области предстоит еще много исследований.
― Как меняются грибы в условиях возрастающего воздействия человека на природу?
― Это довольно трудно проследить, опять же в силу того, что основная часть грибов скрыта от наших глаз. Но, конечно, они меняются. Известно, что грибы, произрастающие рядом с автотрассами, вдоль которых в почве накопился свинец из-за выбросов от сгорания бензина со свинцовыми присадками, способны аккумулировать этот самый свинец в большом количестве. Думаю, не нужно объяснять, что употреблять такие плодовые тела в пищу нельзя. Если грибы произрастают рядом с химическими или металлургическими предприятиями, где есть выбросы тяжелых металлов или радионуклидов, то они также накапливают вредные для человека вещества. В целом могу дать простой, но очень полезный совет: никогда не собирайте и не употребляйте в пищу грибы, которых вы не знаете. Это точно не та область, где стоит экспериментировать. Нельзя употреблять в пищу грибы, собранные в районах с высокой антропогенной нагрузкой, потенциальным загрязнением почвы.
― Александр Васильевич, напоследок расскажите, пожалуйста, о самых важных открытиях, сделанных на кафедре микологии и альгологии биологического факультета МГУ, которую вы возглавляете.
― Их достаточно много. Наши ученые обнаружили десятки новых видов грибов, в том числе и необычных: тех, что развиваются в экстремальных условиях, в щелочной среде с рН на уровне 10–11. Такой высокий уровень pH имеет, например, стиральный порошок. И вот в таких условиях, представьте себе, некоторые грибы (Sodiomyces alkalinus, Chordomyces antarcticus, Acrostalagmus luteoalbus) способны расти! Нам важно, что они продуцируют перспективные для биоиндустрии протеолитические ферменты. Это очень интересно, потому что в дальнейшем ферменты этих грибов могут найти практические применение в биотехнологиях и в медицине: для борьбы с бактериями, устойчивыми к антибиотикам. Исследованием антибактериальных свойств грибов Emericellopsis alkalina, Sodiomyces alkalinus, видов рода Trichoderma и многих других мы занимаемся вместе с коллегами из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе.
На нашей кафедре были сделаны фундаментальные открытия в области эндоцитоза (процесса захвата внешнего материала клеткой) грибов, обнаружены гигантские митохондрии в грибах, составляющие сотни километров, чего никто не наблюдал ранее. Были проведены уникальные исследования по поддержанию тургорного давления в клетках грибов, что помогает изучать процессы развития грибов в разных условиях.
Профессор Александр Васильевич Кураков выявил специфику структуры комплексов микроскопических мицелиальных грибов в разных компонентах наземных экосистем. Дал количественную оценку участия грибов и бактерий в процессах цикла азота в почвах. Сделал обобщение о происходящем перераспределении геохимических нагрузок между грибами и бактериями в результате техногенных воздействий. Разработал и читает лекционные курсы «Микология» для студентов разных факультетов МГУ им. М.В. Ломоносова. Под его руководством защищено более 25 дипломных работ и пять кандидатских диссертаций.
Автор фото: Елена Либрик, «Научная Россия»
Специалисты МГУ изучают грибные сообщества в экосистемах самых разных регионов России, в том числе на Кавказе, на Кольском полуострове, в Сибири и на Дальнем Востоке. В нашей стране есть очень много труднодоступных мест, куда никогда еще не ступала нога миколога. Огромный интерес для науки представляют глубоководные грунты Байкала или арктических морей.
В грунтах озера Байкал обнаружено 286 видов грибов, а большее число выявленных грибных нуклеотидных последовательностей в этих экстремальных местообитаниях ― еще неизвестные науке виды.
Мы довольно хорошо изучили Белое море и открыли новые штаммы грибов Coprinellus diseminatus, Akanthomyces muscarius, ряда ксилотрофных видов, обладающих хорошей противораковой активностью. Ученые МГУ также исследовали почвы заповедников во Вьетнаме и выявили 25 новых для науки видов грибов. Обследование экосистем Звенигородской биостанции МГУ показало, что в составе этой микобиоты 806 видов агарикоидных базидиомицетов, 226 видов фитопатогенных микромицетов, и это еще далеко не весь список обитающих здесь грибов.
Мы занимаемся культивированием съедобных грибов для создания новых технологий, проблемами фитопатологии, выявлением новых патогенов пасленовых растений, оценкой грибостойкости разрабатываемых материалов и эффективности фунгицидов для контроля фитопатогенов, взаимодействием растений с микоризными грибами и эндофитами, грибов с дождевыми червями (для выяснения путей повышения эффективности вермикомпостирования).
Направлений исследований грибов может быть много: все они по-своему интересны и, как видите, их разнообразие хорошо представлено на кафедре микологии и альгологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
