Микробы, называемые Wolbachia, живут внутри клеток примерно двух третей видов насекомых во всем мире, и они могут манипулировать репродуктивными клетками хозяина таким образом, чтобы повысить их собственное выживание. Ученые думают, что они могут использовать методы Вольбахии для сокращения популяций насекомых, которые распространяют болезни среди людей.Переход к контролю над фертильностью
Wolbachia разработали сложные способы контроля над размножением насекомых, чтобы заразить все большее количество видов насекомых, таких как комары, которые являются плодовитыми разносчиками болезней. Один из методов, который использует Вольбахия, называется цитоплазматической несовместимостью или КИ. Конечным результатом КИ, по сути, является то, что сперма инфицированных самцов насекомых вызывает бесплодие у неинфицированных самок.Wolbachia, заразившая самцов насекомых, может внедрять в сперму хозяина белки, вызывающие своего рода переключение бесплодия.
Когда позже сперма сливается с яйцеклеткой неинфицированной самки, срабатывает переключатель, и яйцеклетка становится стерильной. Если самка уже инфицирована, ее яйца будут содержать вольбахию, которая может выключить переключатель и позволить яйцу развиваться. Этот трюк гарантирует, что больше насекомых, инфицированных Wolbachia, выживут и продолжат размножаться, в то время как неинфицированные насекомые будут менее успешными.
Некоторые штаты и страны уже выпускают инфицированных Wolbachia самцов комаров в популяции диких комаров, которые несут болезнетворные вирусы, чтобы проверить эту стратегию борьбы с насекомыми. Самцы, являющиеся носителями штамма Wolbachia, который вызывает бесплодие у неинфицированных самок, должны уменьшить количество созревающих яиц комаров, что приведет к уменьшению количества комаров.
Как работает переключательУченые все больше узнают о механизмах, лежащих в основе CI у насекомых, инфицированных Wolbachia.
Их цель — разработать еще более точные инструменты для ограничения передачи болезней, переносимых комарами, таких как вирус Зика и денге.Например, исследователи из Йельского университета во главе с Марком Хохштрассером обнаружили у Wolbachia пару генов, которые, по-видимому, ответственны за переключатель бесплодия, используемый некоторыми штаммами Wolbachia. Один ген, cidB, вырабатывает белок, который отрезает часть других белков, важных для развития эмбрионов насекомых.
Это изменение препятствует способности клетки-хозяина функционировать и может привести к прекращению развития оплодотворенной яйцеклетки. Другой ген в паре, cidA, продуцирует белок, который связывается с белком, созданным cidB, и может препятствовать его активности клипирования.
Таким образом, у инфицированных самок Wolbachia в яйцах может разворачивать cidA, чтобы препятствовать производству cidB стерильных яиц.Ученые из Йельского университета также заметили, что разные штаммы Wolbachia могут зависеть от разных переключателей бесплодия. Самка насекомого, инфицированная одним штаммом, спарившаяся с самцом, инфицированным другим штаммом, может не иметь генов, необходимых для спасения ее яиц от стерильности. Ученые из Йельского университета считают, что это результат мутаций в парах генов, которые со временем накапливаются у Wolbachia.
Это хорошая новость для борьбы с насекомыми: насекомые, инфицированные Wolbachia, могут оставаться бесплодными из-за набора генов Wolbachia, который генерирует другой переключатель бесплодия.Новый инструментЧтобы узнать, действительно ли пара генов cidA-cidB является ключом к CI, ученые из Йельского университета проверили, может ли эта пара генов вызывать бесплодие у насекомых, не инфицированных Wolbachia.
Используя сложные генетические методы, они получили плодовых мушек (Drosophila), широко используемых исследовательских организмов, которые экспрессируют пару генов от рождения, но не инфицированы Wolbachia. Когда самцы cidA-cidB скрещивались с нормальными самками или самками дикого типа, яйца были стерильными. Эти яйца даже показали те же дефекты в цикле клеточного деления, которые случаются при CI, вызванном Wolbachia. Методы, используемые для Drosophila, вероятно, будут работать и на других насекомых, включая комаров.
Применение стратегии Wolbachia по переключению бесплодия — и, возможно, использование пар генов cidA-cidB, ответственных за это, — могло бы стать эффективным дополнением к усилиям общественного здравоохранения по борьбе с болезнетворными насекомыми, не нанося ущерба другим диким животным или людям.Это исследование частично финансировалось Национальным институтом общих медицинских наук в рамках гранта R01GM053756.