Исследование проливает новый свет на загрязнение и смену пола у брюхоногих моллюсков

Ученые обнаружили совершенно новый генетический путь, посредством которого ныне запрещенное химическое вещество вызывает половые и гормональные нарушения у морского моллюска.

Начиная с 1960-х годов трибутилолово (TBT) широко использовалось в красках для защиты корпусов судов от обрастания организмами, такими как водоросли, ракушки и моллюски, которые увеличивают сопротивление и замедляют движение. Однако Международная морская организация запретила его после того, как ученые обнаружили, что оно наносит ущерб популяциям моллюсков.

В частности, оно вызывает рост мужских половых органов у самок брюхоногих моллюсков (улиток). Это явление известно как импозекс и может уничтожать пораженные популяции, лишая самок возможности размножаться.

Результаты увеличивают наши знания о сложных механизмах воздействия загрязнения на дикую природу. После запрета уровень TBT в Европе снижается, и пораженные морские популяции восстанавливаются. Однако даже в хорошо регулируемых водах TBT все еще обнаруживается в донных отложениях, где он может быть потревожен и вернуться в окружающую среду, поэтому по-прежнему важно понимать, как он действует на живые организмы.

Собачьи улитки (dogwhelks) особенно уязвимы к TBT, поэтому они считаются стандартным видом-индикатором для раннего предупреждения о его присутствии. Предполагается, что TBT также может наносить вред здоровью гораздо более широкого круга животных — например, он вызывает деформации у устриц и связывается с вредом для млекопитающих, таких как дельфины и морские выдры.

Соня Пашкуал, аспирант университетов Бангора и Авейру, и ее коллеги использовали секвенирование генов, чтобы выяснить, какие гены экспрессируются в тканях собачьей улитки в разное время после воздействия TBT. Затем они иммобилизовали около 180 000 «снимков» этой генной активности на так называемых микрочипах и использовали их, чтобы точно определить, какие гены реагируют на присутствие TBT.

Уже существовало три гипотезы о том, как TBT может вызывать импозекс у собачьих улиток. «Стероидная гипотеза» предполагает, что TBT ингибирует ферменты, метаболизирующие стероиды, повышая уровень тестостерона у самок. «Нейроэндокринная» гипотеза предполагает, что TBT действует как нейротоксин, вызывая чрезмерную секрецию гормонов, контролирующих половые различия. А «ретиноидная гипотеза» утверждает, что химическое вещество нарушает функцию определенных сигнальных путей в эндокринной системе улиток, которые зависят от ретиноевой кислоты.

Анализ генов показал, что работают все три механизма, а также ранее неизвестный четвертый. «Мы могли видеть, что все гипотезы, о которых говорили ранее, действуют, но мы также увидели еще одну — путь PPAR», — говорит доктор Пашкуал, ныне работающая в Университете Сент-Эндрюс. Этот путь уже был известен своей важностью у позвоночных (группы животных с позвоночником, включая рыб, птиц и млекопитающих), но это первое указание на то, что он играет значительную роль у моллюсков. «Мы обнаружили удивительное сходство между позвоночными и беспозвоночными моллюсками в этой области эндокринных нарушений», — добавляет доктор Саймон Крир, старший автор статьи. «Наша гипотеза заключается в том, что TBT имитирует эффект PPAR, активируя путь, чтобы вызвать рост пениса у самок».

Пока еще рано говорить, какая из гипотез в первую очередь ответственна за импозекс — вероятно, свою роль играют несколько из них. «Мы не знаем, действуют ли они по отдельности или в комбинации», — объясняет Крир. «На данный момент мы знаем только, что это еще один задействованный путь. Чтобы узнать больше, нам нужно проделать гораздо больше работы, например, подвергнуть организмы воздействию TBT с выключенными определенными генами, чтобы посмотреть, происходит ли импозекс». Он говорит, что также было бы полезно изучить влияние TBT на более широкий круг организмов.

Эта работа стала возможной благодаря недавним разработкам в постгеномных технологиях, которые обеспечивают гораздо большие возможности наряду с 40-кратным снижением затрат и возможностью секвенировать большие объемы ДНК видов, которые не были интенсивно изучены с генетической точки зрения. Объект NERC по биомолекулярному анализу (NBAF) в Ливерпульском университете предоставил секвенирование ДНК для считывания генов, создание микрочипов, тестирование образцов тканей собачьих улиток, подвергшихся различным условиям, и биоинформатическую поддержку. Финансирование поступило от небольшого гранта NBAF и стипендии от Fundação para a Ciência e a Tecnologia в Португалии.

Статья опубликована в журнале Molecular Ecology.