Наездники-«биотехнологи» редактируют геном гусениц
Гены паразитических наездников путешествуют в геном гусениц с помощью вирусов-перевозчиков, которые помогают наездникам заражать своих жертв.
Так уж вышло, что большинство людей относятся к генетическим модификациям и генетически модифицированным организмам в лучшем случае с настороженностью. Однако в природе такие модификации – обычное дело. Например, бактерии и археи широко практикуют так называемый горизонтальный перенос генов (ГПГ), когда какая-то последовательность ДНК переходит не по наследству от родителя к потомку, а от одной бактериальной клетки к другой вне процесса размножения. Бактерии могут передавать и принимать чужую ДНК в процессе конъюгации друг с другом, или же когда одна клетка поглощает другую, или же просто подбирая из окружающей среды ДНК, оставшуюся от другой клетки. Масштабы и важность ГПГ трудно переоценить, ведь во многом именно благодаря горизонтальному переносу генов бактерии обеспечивают себе генетическое разнообразие и потому могут приспосабливаться к меняющимся условиям, осваивать новые субстраты и т. д. Но что такое горизонтальный перенос, как не генная модификация?
Что же до эукариот, к которым относятся животные, растения, грибы, то до недавнего времени считалось, что у них ГПГ случается очень редко, если вообще происходит. Но потом стали накапливаться данные в пользу того, что горизонтальный перенос идёт и у эукариотических организмов, причём у самых разных групп. Например, грибы, живущие на корнях растений, не менее 15 раз за свою историю приобретали гены почвенных бактерий, более того – именно бактериальные гены помогли грибам освоить новую нишу в виде растительных корневых систем. А в марте этого года мы писали об открытии биологов из Кембриджа, которые нашли в геноме человека почти полторы сотни генов, попавших к нам от бактерий или от одноклеточных эукариот.
Но есть ли примеры, когда перенос генов осуществляется между более-менее равными «партнёрами», одинаковыми в смысле сложности организации, эволюционного положения и т. д.? Именно такой случай описывают в PLOS Genetics Сальвадор Херреро (Salvador Herrero) и его коллеги из Университета Валенсии и Университета Франсуа Рабле в Туре. Изучая взаимоотношения ихневмоноидных наездников из семейства браконид и бабочек, на которых они паразитируют, исследователи обнаружили в бабочках гены, которые с большой вероятностью перешли к ним от наездников.
Наездники достигли необычайного мастерства в паразитизме, освоив в качестве хозяев едва ли не все прочие группы насекомых. Сами они внешне напоминают ос, вместе с которыми относятся к отряду Перепончатокрылых, так что наездников часто называют ещё паразитическими (или паразитоидными) осами. Протыкая яйцекладом покровы жертвы, они откладывают в неё яйца (бывает, впрочем, что яйцо прикрепляется просто на поверхность тела); личинка, появившись на свет, питается в буквальном смысле живым мясом. Но организм жертвы сопротивляется вторжению – начинается иммунная реакция, которая должна обезвредить, уничтожить яйца паразита. В ответ наездники используют разные ухищрения, чтобы усыпить чужие защитные системы. Так, бракониды, паразитирующие на гусеницах, вводят им порцию браковирусов, подавляющего иммунитет гусениц.
Сотрудничество наездников с вирусами длится уже около 100 млн лет, и, видимо, этого времени оказалось достаточно, чтобы вирус «перевёз» некоторые гены от паразита к хозяину. Исследователи нашли в геноме табачного бражника Manduca sexta гены вируса, который использует наездник Cotesia congregate, паразитирующего на гусеницах бражника. Впоследствии оказалось, что те же гены можно найти и в других бабочках, в частности, в тутовом шелкопряде и бабочке-монархе, к которым наездник не имеет никакого отношения.
Браковирусы встраиваются в геном наездников; очевидно, когда со встроенной вирусной последовательности делается очередная копия ДНК, которая потом запаковывается в вирусную частицу, то заодно к вирусной ДНК могут «подшиваться» собственные гены наездников. Затем такой вирус отправляется в гусеницу, где он, как было сказано, подавляет иммунитет жертвы, и, кроме того, настраивает метаболизм и развитие гусеницы так, чтобы личинка наездника чувствовала себя наиболее комфортно. Но при этом вирусные гены могут встраиваться в ДНК гусеницы. Если они окажутся полезными, или хотя бы безвредными, будь то гены вируса или гены наездника, прибывшие «в комплекте» с вирусом, они останутся в гусенице. Но ведь личинка наездника доводит гусеницу до смерти, что значит, что не будет никакой бабочки и никакого потомства от неё, которому могли бы перейти «одомашненные» чужие гены.
Здесь исследователи предлагают следующее объяснение: наездники не слишком внимательно выбирают жертву, и потому часто откладывают яйца не в свой вид гусениц. Однако наиболее успешное заражение может быть только со «своими» гусеницами, «чужие» же могут достаточно успешно избавляться от яиц паразита. Но избавившись от яиц, они, тем не мене, сохраняют в себе вирус. С другой стороны, «свои» гусеницы тоже могут время от времени избавляться от паразитических личинок, если иммуносупресорный вирус не срабатывает, как надо. В результате получается перенос генов от одной группы насекомых к другой с помощью вируса – подобно тому, как это происходит в биотехнологических лабораториях, где для такой цели тоже используют вирусных транспорт.
Строго говоря, здесь есть и другая возможность: один и тот же ген передаётся от вируса (который где-то его взял) и бабочкам, и наездникам. Но в некоторых случаях, как пишут авторы исследования, гены, принесённые в бабочек вместе с вирусом, имели отчётливые признаки принадлежности наездникам – то есть вирус тут всё-таки был посредником между теми и другими. Некоторые из генов оказались весьма полезны: один из них повышал устойчивость бабочек к бакуловирусам, одним из самых распространённых патогенов насекомых.
Наездникам такая генетическая модификация гусениц может быть отчасти выгодна: если ген от их вируса помогает бабочкам противостоять бакуловирусной инфекции, то тем больше будет гусениц, и тем больше у наездников будет шансов оставить потомство. Однако для того, чтобы проверить, насколько подобная генетическая операция оказывается полезна для бабочек, нужно провести прямые эксперименты с выключением привнесённого гена и заражением таких гусениц бакуловирусным патогеном.
По времени перенос генов между наездниками, вирусом и гусеницами случился 5 млн лет назад. Возникает естественный вопрос, происходили ли похожие события раньше или позже этого времени, какие ещё наездники оказывались в роде невольных биотехнологов (всего видов наездников существует около 100 тысяч), и имеет ли место горизонтальный перенос генов между другими насекомыми? У полученных результатов есть и практические следствия – дело в том, что сейчас многие предлагают снабжать наездников генами устойчивости к инсектицидам. Дескать, после такой операции вредителей можно будет травить без боязни вызвать гибель полезных насекомых. Однако, если такой ген перейдёт к гусеницам, то, кроме инсектицидоустойчивых наездников, у нас появятся и инсектицидоустойчивые вредители.
По материалам The Scientist.
22 сентября 2015
Статьи по теме:
