Генетика плодовых мух: устойчивость к пестицидам и ключ к пониманию рака
Несколько исследований, соавтором которых является Томас Вернер, были опубликованы в PLoS ONE, Proceedings of the National Academy of Sciences и Nature Education. Их объединяет Drosophila (род плодовых мух) и понимание, которое её генетика даёт для здоровья человека, в частности для генов, вызывающих рак.
Ядовитые грибы и устойчивость к пестицидам
Три штамма Drosophila melanogaster из Тайваня, Индии и Малайзии устойчивы к альфа-аманитину (α-аманитину) — самому смертельному из грибных токсинов. Эта устойчивость появилась у мух в естественной среде как минимум полвека назад, возможно, из-за воздействия пестицидов. За 1200 поколений в неволе, без токсинов в пище, устойчивость не исчезла.
В двух исследованиях команда Вернера и Челси Митчелл обнаружила, что у устойчивых мух активирован набор генов, известных как сигналы устойчивости к пестицидам. Это говорит о том, что устойчивость к грибному токсину была вызвана сельскохозяйственными пестицидами. При воздействии токсина продолжительность жизни и длина груди мух уменьшались, но способность откладывать яйца удваивалась.
«То, что мы часто видим в эволюции, — это "используй или потеряешь"», — говорит Вернер. Устойчивость обычно энергозатратна и снижает плодовитость. Увеличение яйценоскости в ответ на α-аманитин может быть тем преимуществом, которое поддерживает эту устойчивость.
Эти выводы важны для понимания устойчивости к пестицидам. Близкий сельскохозяйственный вредитель, другой вид Drosophila, имеет те же гены и может легко развить такую устойчивость.
Механизмы энхансеров и гены-«дирижёры»
Люди и плодовые мухи разделяют около 75% генов, включая гены устойчивости к пестицидам. Разница в том, что у устойчивых штаммов мух эти гены «включены» и активны в сотни раз больше, чем у восприимчивых особей.
Энхансеры (или цис-регуляторные элементы) — это участки ДНК, которые управляют тем, где, когда и насколько сильно включается ген. Они предотвращают, например, включение гена развития глаза в клетках ноги.
Исследование в PNAS посвящено механизмам регуляции одного из таких генов-«дирижёров» у плодовых мух. У мух этот ген отвечает за развитие эмбриона и чёрные пятна на крыльях. У людей этот ген является прото-онкогеном и вызывает рак при нарушении его регуляции.
Модель для изучения рака и образование
Поскольку мухи и люди разделяют многие гены, эти насекомые служат полезной моделью для изучения раковых генов.
«Поиск энхансеров гена — очень трудоёмкая работа», — отмечает Вернер. Ещё одна задача — вовлечение студентов в генетические исследования. Это побудило Вернера опубликовать статью в Nature Education, где его исследование прото-онкогена представлено в формате, доступном для студентов.
Для Вернера всё это — часть процесса: «Чтобы создать биологическую сложность, достаточно просто добавить простые элементы в общую картину».