Исследование раскрывает новые данные о циркадных ритмах малярийного комара

Новое исследование команды учёных из Университета Нотр-Дам даёт обширную информацию о ритмической природе экспрессии генов у Anopheles gambiae — вида комаров, передающего малярийного паразита от человека к человеку. Ежегодно малярией заболевают около 250 миллионов человек, что приводит к одному миллиону смертей, в основном среди беременных женщин и детей до пяти лет.

Как и все животные, комары демонстрируют суточные ритмы в поведении и физиологии. К ритмичным поведенческим паттернам Anopheles gambiae относятся брачные роения в сумерках, ночная активность полёта, питание сахаром и кровью хозяев, а также откладывание яиц. Исключительно ночные укусы человека Anopheles gambiae лежат в основе защиты с помощью инсектицидных противомоскитных сеток (ITNs), используемых во время сна. Это контрастирует с комаром Aedes aegypti (переносчиком лихорадок денге и жёлтой), который кусается днём, и ITNs не обеспечивают от него защиты.

Авторами статьи, описывающей новые находки и опубликованной на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, являются Джайлс Даффилд, Сэмюэл Ранд, Тим Хоу, Сара Уорд и Фрэнк Коллинз из Департамента биологических наук и Института глобального здоровья Экка в Нотр-Даме.

Исследователи под руководством главного исследователя Даффилда провели анализ экспрессии генов у взрослых самок Anopheles gambiae. Комаров отбирали каждые четыре часа в течение 48-часового периода как в условиях естественного свето-темнового цикла, так и в условиях постоянной темноты. Для поиска специфичных для времени суток изменений в экспрессии генов использовались ДНК-микрочипы. Это первый глобальный анализ ритмов экспрессии генов у Anopheles gambiae, позволяющий изучить степень контроля над его биохимией, физиологией и поведением со стороны суточных (diel) и циркадных (circadian) часов. Термин "diel" относится к регуляции, контролируемой ежедневным чередованием светлых и тёмных периодов, а "circadian" — к суточным 24-часовым ритмическим циклам, регулируемым внутренними молекулярными часами организма.

Было обнаружено, что в общей сложности 2095 генов проявляют ритмичность либо в голове, либо в теле комара и находятся под diel и/или circadian контролем. Это составляет почти 16% генома Anopheles gambiae. Во многих случаях гены экспрессировались ритмично специфично либо в голове, либо в теле и охватывали широкий спектр биологических процессов, таких как метаболизм, детоксикация, иммунитет, зрение и обоняние. Эти данные могут лечь в основу новых стратегий борьбы с малярией и оптимизации существующих подходов.

Например, данные указывают на вероятность наличия у Anopheles gambiae ритмов чувствительности к химическим инсектицидам, таким как пиретроиды и ДДТ. Это важное открытие для максимизации воздействия инсектицида на комара в зависимости от времени суток, когда он может быть наиболее восприимчив.

Кроме того, данные о ритмах иммунной системы комара подчёркивают возможность того, что малярийный паразит (Plasmodium) может реагировать не только на временную доступность кусающих Anopheles gambiae, но и на суточные ритмы врождённого иммунитета комара и его восприимчивости к инфекции. Ритмы иммунных функций также могут быть важным фактором при внедрении мер биологического контроля с помощью пестицидов.

Особенно интересным открытием стали ритмы генов, связанных с сенсорными модальностями зрения и обоняния. Сюда входит высокая доля компонентов каскада световой трансдукции фасеточного глаза, а также генов, кодирующих обонятельные связывающие белки и корецептор OR7 (orco), потенциально важные для регуляции чувствительности органов обоняния комаров. Эти ритмы, в свою очередь, могут способствовать специфичному для времени суток поведению комаров Anopheles по поиску хозяина и поднимают возможность того, что комары не кусают людей в дневные часы просто потому, что не обнаруживают их присутствия в это время.

Авторы предполагают, что понимание биологического времени на молекулярном уровне может оказаться ключевым для успешной реализации методов борьбы с малярией и будущего дизайна экспериментов.

Команда также запустила онлайн-базу данных по адресу http://www.nd.edu/~bioclock, позволяющую другим исследователям легко просматривать профили экспрессии 14 000 зондов генов комара, присутствовавших в их экспериментах.