Мухи против ос: кража защитного механизма помогает победить хищника

Биологи из Калифорнийского университета в Беркли показали, что несколько видов плодовых мух украли успешную защиту у бактерий, чтобы выжить при нападении паразитических ос. Эти осы могут превращать до половины личинок мух в "суррогатные матки" для своего потомства — судьба, вдохновившая создателей существа из фильма "Чужой" (1979).

Хотя горизонтальный перенос генов (кража генов) хорошо известен у микробов, у многоклеточных организмов, таких как насекомые, он считается менее распространенным. Новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показывает, что это может быть важной стратегией быстрой эволюции иммунитета у животных.

Как работает украденная защита

• Исследователи обнаружили у мухи Drosophila ananassae защитный ген fusionB — слияние двух генов токсинов (cdtB и aip56).
• Этот ген кодирует фермент-нуклеазу, который разрезает ДНК.
• Изначально ген происходит от бактериофага (вируса бактерий), который заражал бактерии, живущие внутри тли. Оттуда он был перенесен в геном мухи.

В 2023 году ученые с помощью редактирования генома CRISPR "выключили" этот ген у D. ananassae и обнаружили, что почти все генетически модифицированные мухи погибли от ос-паразитоидов.

В новом исследовании тот же защитный ген был успешно отредактирован в геном обычной лабораторной мушки Drosophila melanogaster, сделав ее также устойчивой к осам. Ген стал частью иммунной системы мухи, работая только в определенных иммунных клетках (при экспрессии во всех клетках мухи погибали).

Механизм действия

Совместно с коллегами из Института генетики Центра биологических исследований (HUN-REN) в Сегеде (Венгрия) ученые выяснили, как работает токсин:

1. Оса откладывает яйцо внутрь личинки мухи.
2. Нуклеаза (токсин) в больших количествах выделяется в тело мухи.
3. Токсин окружает яйцо осы и уничтожает его, не давая развиться.

"Наша работа — одна из первых, показывающих, что этот тип гуморального иммунного ответа может быть общим механизмом борьбы с естественными врагами, такими как осы", — говорит Ребекка Тарнопол, ведущий автор статьи.

Значение открытия

• Быстрая эволюция: Горизонтальный перенос генов может быть недооцененным способом быстрой адаптации у животных, а не только у микробов.
• Эволюция иммунитета: Изучение таких случаев помогает понять, как эволюционируют иммунные системы, включая человеческую, которая также содержит горизонтально перенесенные гены.
• Стратегия выживания: "Чтобы успевать за постоянно эволюционирующими паразитами, хорошая стратегия для животных — заимствовать гены у еще более быстро эволюционирующих вирусов и бактерий", — объясняет старший автор работы Ноа Уайтмен.

Ключевым для успеха такого "заимствования" является попадание гена в правильное место генома рядом с регуляторными элементами, которые обеспечат его безопасную и целенаправленную экспрессию. Это дает насекомым с их врожденным иммунитетом новое динамичное оружие в непрерывной "гонке вооружений" с паразитами.