У сперматозоидов комаров обнаружено «обоняние»
Биологи из Университета Вандербильта обнаружили, что сперматозоиды комаров обладают «обонянием», и некоторые из тех же химических веществ, которые чувствует комар, заставляют сперматозоиды активнее двигаться.
Неожиданное открытие описано в статье, опубликованной в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю 3 февраля.
Учёные обнаружили в сперматозоидах комаров набор специализированных химических сенсоров — обонятельных рецепторов (ORs), идентичных тем, что играют ключевую роль в обонятельной системе насекомого, расположенной на его антеннах. Эти рецепторы экспрессируются вдоль хвостов сперматозоидов и вызывают учащённое биение (движение) хвостов.
«Это открытие для нас действительно "нестандартное"», — заявил руководитель исследования Л. Дж. Цвибель. — «Это первый случай, когда насекомые ORs были обнаружены в несенсорных клетках или тканях. Мы думаем, это может стать совершенно новой парадигмой регуляции размножения насекомых и может дать новый мощный подход для контроля популяций насекомых, имеющих медицинское и/или экономическое значение».
Самки комаров живут около месяца и спариваются лишь один раз. Они хранят сперму самца в специальных органах — сперматеках. После спаривания самкам требуется кровяная мука для получения соединений, необходимых для производства яиц. Именно поэтому они кусают людей и животных, выступая переносчиками таких глобально значимых болезней, как малярия и лихорадка Денге. Когда яйца развиваются, они оплодотворяются спермой, хранящейся в репродуктивном тракте самки.
«Сперматозоидам, возможно, нужен химический сигнал, чтобы подготовиться к оплодотворению», — сказал доцент-исследователь Джейсон Питтс. — «Наши данные позволяют предположить, что обонятельные рецепторы могут быть сенсором, который получает эти сигналы».
Истоки открытия лежат в наблюдении, сделанном несколько лет назад в ходе исследования обонятельной системы малярийного комара Anopheles gambiae. Учёные обнаружили необычно высокую экспрессию группы обонятельных рецепторов в телах самцов. Это привлекло внимание, так как это были рецепторы, которые используют самки. Проследив эти рецепторы, исследователи обнаружили их в семенниках самцов и, в конечном итоге, в самих сперматозоидах.
Это открытие вызвало дополнительный интерес в связи со спорными исследованиями, сообщавшими о наличии обонятельных рецепторов в человеческой сперме.
Используя ранее разработанные химические соединения, специфически активирующие или блокирующие насекомые ORs, исследователи создали новый видео-биоанализ. Они обнаружили, что при воздействии на сперматозоиды комаров активаторами ORs, а также такими химическими сигналами, как фенхон (натуральное органическое соединение из фенхеля), частота биения хвостов значительно возрастала. Однако сперматозоиды не реагировали на те же соединения при одновременном воздействии блокатора ORs. Также способность активировать биение отсутствовала у мутантного штамма комаров Aedes aegypti, генетически лишённого функциональных обонятельных рецепторов.
«Это даёт убедительные доказательства участия обонятельных рецепторов в процессе размножения», — сказал Цвибель.
Их тесты также показали, что циклический АМФ, который, как известно, вызывает биение сперматозоидов у млекопитающих, также увеличивает частоту биения у сперматозоидов комаров, но его эффект не блокировался ингибиторами ORs, что указывает на связь с другим набором рецепторов.
Исследователи также протестировали три других вида насекомых — комара Aedes albopictus, плодовую мушку Drosophila melanogaster и наездника Nasonia vitripennis — и обнаружили, что их сперматозоиды также содержат обонятельные рецепторы. Это позволяет предположить, что ORs выполняют общую функцию в репродукции у большинства, если не всех, видов насекомых.
В настоящее время исследователи изучают возможность того, что их открытие может предоставить улучшенные способы контроля популяций насекомых, например, через поиск соединений, делающих самцов стерильными, для использования в методе стерильных насекомых.