Геном клеща раскрывает механизмы выживания кровососа
Международная команда ученых под руководством Университета Пердью секвенировала геном клеща Ixodes scapularis (олений или черноногий клещ), переносчика болезни Лайма — самого распространенного трансмиссивного заболевания в Северной Америке.
Десятилетний проект с участием 93 авторов из 46 институтов расшифровал биологию кровососущего паукообразного с усовершенствованной слюной, зазубренными ротовыми частями и миллионами лет успешного паразитизма. Геном также проливает свет на то, как клещи приобретают и передают патогены, и предлагает специфичные для клещей мишени для контроля.
"Геном открывает фундамент для целой новой эры в исследованиях клещей", — заявила Кэтрин Хилл, ведущий автор статьи. I. scapularis — первый вид клещей, чей геном был секвенирован. Основная статья опубликована в Nature Communications.
Геномные ресурсы для клещевых болезней
Клещевые болезни ежегодно вызывают тысячи смертей. Клещи передают большее разнообразие патогенов, чем любой другой членистоногий, в основном через инфицированную слюну в ранку при питании.
Исследования клещей отставали из-за нехватки генетических инструментов. "Клещей недооценивают как переносчиков — пока вы не заболеете болезнью Лайма", — отметила Хилл.
В США ежегодно регистрируется около 30 000 случаев болезни Лайма, но по оценкам CDC реальное число достигает 329 000. Олений клещ также переносит человеческий гранулоцитарный анаплазмоз, бабезиоз и потенциально летальный вирус Повассан. Другие виды переносят флавивирусы, вызывающие геморрагическую лихорадку и энцефалит.
"Геномные ресурсы для клеща были отчаянно необходимы. Они позволяют изучать биологию клеща системно", — сказала Хилл.
Геном дает два ценных ресурса: гены и белки, делающие клещей успешными паразитами, и мишени для вмешательства в передачу патогенов. Исследователи выявили ключевые белки во взаимодействии клеща с бактерией болезни Лайма и при передаче анаплазмоза.
Сопутствующая статья в PLoS Neglected Tropical Diseases определила белки и пути, связанные с инфекцией вируса Лангат (также переносимого клещами Ixodes), что открывает возможности для разработки лекарств и вакцин.
Взгляд внутрь биологии клеща
Геном раскрывает уникальные аспекты биологии клещей. Их слюна содержит тысячи соединений (противомикробные средства, ингибиторы боли, "цемент", антикоагулянты, иммуносупрессоры) — намного больше, чем у комаров. Это разнообразие позволяет клещам долго питаться на широком круге хозяев.
Также обнаружены гены, связанные со способностью синтезировать новый кутикульный "панцирь" во время питания, позволяя расширяться в 100 раз. Геном указывает на белки, связывающие токсичный гем (продукт переваривания крови), для детоксикации.
"У клещей невероятное количество детоксицирующих ферментов, и мы не знаем почему", — сказала Хилл. Эти ферменты также могут обезвреживать инсектициды, что представляет проблему для контроля.
Около 20% генов, по-видимому, уникальны для клещей. "Мы не видим их эквивалентов у комаров или человека. Это может дать специфичные мишени для контроля", — отметила Хилл.
Уникальные особенности генома
Основной сложностью была сложность генома клеща, одного из самых больших среди членистоногих. Около 70% генома — это повторяющаяся ДНК.
В то время как копии дублированных генов часто элиминируются, геном клеща их сохранил. Многие из них мутировали, что предполагает разделение функций и эволюционное преимущество. Эти дуплицированные гены также могут быть мишенями для контроля.
"Мы предполагаем, что дупликация генов произошла сразу после последнего Ледникового периода, когда популяции клещей расширялись в новые места обитания", — сказала Хилл.
Проект также включал первый полногеномный анализ популяционной структуры клещей в Северной Америке, разрешив давние споры о том, являются ли северные и южные оленьи клещи разными видами. Геном убедительно свидетельствует, что это один вид. Поскольку большинство случаев болезни Лайма происходит на севере, сравнение популяций может выявить генетический компонент способности передавать болезнь.
"Теперь у нас есть сценарий, чтобы понять, какие белки производят гены клеща, как они работают и можно ли их использовать для контроля", — заключила Хилл.