Новый инструмент для борьбы с болезнями, переносимыми комарами: гены паразита насекомых
Бактерия Wolbachia — самый успешный паразит в мире. Она заражает миллионы видов насекомых, пауков и других членистоногих.
Секрет её успеха — способность контролировать размножение хозяина. Биологи знали об этом более 40 лет, но только сейчас команды из Университетов Вандербильта и Йеля идентифицировали конкретные гены, отвечающие за эту способность.
Университеты подали заявку на патент, связанный с использованием этих генов для генетической модификации либо самого бактериального паразита, либо насекомых. Цель — создание более эффективных методов контроля распространения болезней вроде лихорадки денге и Зика, а также снижение ущерба от сельскохозяйственных вредителей.
Исследование описано в журнале Nature в статье "Prophage WO Genes Recapitulate and Enhance Wolbachia-induced Cytoplasmic Incompatibility" и в сопроводительной статье в Nature Microbiology от 27 февраля.
Wolbachia манипулирует размножением хозяев через процесс цитоплазматической несовместимости (CI). Это делает сперму заражённых самцов летальной для яиц незаражённых самок. Исследователи идентифицировали единственную пару генов Wolbachia, которая производит этот эффект, только работая вместе.
Когда заражённый самец спаривается с незаражённой самкой, почти ни одно яйцо не вылупляется. Однако, если оба партнёра заражены или самец незаражён, а самка заражена, потомство производится нормально. Это максимизирует число заражённых самок в каждом поколении, что выгодно Wolbachia, так как она передаётся только по материнской линии.
Это крайне эффективная стратегия, позволяющая Wolbachia заразить всю популяцию хозяина за несколько поколений.
Применение в борьбе с болезнями
Wolbachia обычно не встречается у комара Aedes aegypti, переносчика вирусов денге, Зика и чикунгунья. Однако 10 лет назад австралийские учёные обнаружили, что внедрённая в Aedes Wolbachia блокирует размножение этих вирусов. Это привело к созданию международного проекта "Eliminate Dengue".
Другие инициативы, например "MosquitoMate" в Кентукки, используют этот подход для подавления численности популяций комаров, выпуская заражённых самцов, которые стерилизуют незаражённых самок в дикой природе через CI.
Существует два основных подхода:
- Замена популяции (медленный, но устойчивый): Введение заражённых самцов и самок, которые самостоятельно распространяют бактерию, пока не заменят местную популяцию. Распространение Wolbachia снижает риск передачи вирусов.
- Подавление популяции (быстрый, но требующий повторения): Массовый выпуск заражённых самцов. Спаривание с незаражёнными самками не даёт потомства, что сокращает численность целевой популяции.
Генетическое усиление эффекта
Исследователи из Вандербильта обнаружили, что встраивание генов CI Wolbachia в геном заражённых насекомых с помощью генной инженерии может усилить эффект несовместимости и значительно снизить вылупляемость яиц от незаражённых самок. Это может увеличить скорость распространения бактерии.
Это открытие лежит в основе патентной заявки и открывает две возможности:
- Создание "супер-Wolbachia" с дополнительными копиями генов CI для более быстрого распространения.
- Встраивание генов CI непосредственно в геном насекомого, чтобы вызывать CI напрямую. Это позволит использовать технику для подавления видов насекомых, устойчивых к заражению Wolbachia.
Происхождение генов CI остаётся загадкой. Они расположены в части генома Wolbachia, называемой эукариотическим ассоциативным модулем, который содержит гены для взаимодействия с хозяином.
Следующий шаг исследователей — поиск генов у заражённых самок, которые нейтрализуют CI и позволяют их яйцам нормально развиваться.