Учёные объяснили, как инфекция может повышать генетическое разнообразие

Новое исследование учёных из Гарварда показывает, как патогены меняют социальное поведение животных, используя в качестве модели круглых червей C. elegans.

Изменение поведения при заражении

Подопытные гермафродитные черви C. elegans в норме предпочитают самооплодотворение, избегая спаривания с самцами. Однако при заражении патогенным штаммом бактерии Pseudomonas aeruginosa их поведение меняется: они начинают чаще взаимодействовать друг с другом и активнее спариваться с самцами.

Как отметила профессор Юнь Чжан, спаривание с самцами с большей вероятностью приводит к появлению новых геномов за счёт рекомбинации. Таким образом, вызванное патогеном увеличение частоты спаривания усиливает способность хозяев производить генетическое разнообразие для адаптации.

Нейронный и молекулярный механизм

Ключевую роль в этом изменении поведения играет смесь феромонов — летучих химических веществ, которые выделяют черви.

• В норме эти феромоны являются сигналами избегания, заставляя гермафродитов отталкиваться друг от друга.
• Заражённые гермафродиты становятся менее чувствительны к отталкивающему действию феромонов, а иногда даже привлекаются ими.

Исследователи обнаружили, что за это изменение поведения отвечает одна пара хемосенсорных нейронов червя, которая начинает реагировать на феромоны после инфицирования.

Роль специфического рецептора STR-44

Анализ матричной РНК (mRNA) из этой пары нейронов показал, что после заражения в них значительно повышается экспрессия рецептора феромонов STR-44.

• STR-44 — это рецептор, сопряжённый с G-белком (GPCR).
• В норме его экспрессия у червей очень низка, но воздействие бактериального патогена сильно её индуцирует.
• Увеличение количества рецептора STR-44 подавляет реакцию отталкивания у гермафродитов и повышает частоту их спаривания с самцами.
• Тестирование других известных рецепторов феромонов не выявило их влияния на это изменение поведения, что указывает на специфическую роль STR-44.

Общий эволюционный механизм

Юнь Чжан отметила, что многие животные имеют в геномах множество GPCR для оценки химических сигналов среды (запахов, вкусов, феромонов). Регуляция рецепторов феромонов может быть общей стратегией изменения социального поведения в условиях патогенного стресса.

«У животных много GPCR, способных ощущать химические вещества. Возможно, некоторые из них в норме не используются. Это как будто они обычно хранятся в банке, чтобы быть использованными только в стрессовых условиях, таких как инфекция», — пояснила Чжан.

Это исследование на простом модельном организме открывает путь для изучения нейронных и молекулярных основ поведенческой пластичности в ответ на патогены у более сложных животных.