Могут ли распутные мушки спасти человеческие жизни? Как бактериальная инфекция поощряет беспорядочные половые связи

Когда плодовые мушки заражены бактерией Wolbachia, их половая жизнь и способность к размножению резко меняются. Учёный из Университета штата Аризона Тимоти Карр решил выяснить, почему. Его открытие может помочь сдерживать болезни, переносимые комарами, и управлять сельскохозяйственными вредителями. И это, по его словам, лишь «верхушка айсберга».

Wolbachia — паразитическая бактерия, живущая внутри клеток насекомых. Она инфицирует как минимум два из каждых пяти видов насекомых. Поскольку насекомые превосходят численностью всё остальное живое на Земле, понимание того, как эта бактерия на них влияет, может иметь широкие последствия.

«Насекомые правят этой планетой. Малярия, лихорадка денге, вирусы Зика — все они переносятся насекомыми и убивают миллионы детей и взрослых каждый год. Контроль над этими насекомыми-вредителями полностью зависит от нашей способности понять их физиологию и биохимию и то, как это может быть полезно», — говорит Карр.

Как и любой хороший паразит, Wolbachia стремится распространиться на большее количество хозяев. Но она может передаваться только от заражённой матери её потомству. Чтобы повысить свои шансы, она влияет на хозяев так, что заражённые самки откладывают много заражённых яиц.

У плодовых мушек Wolbachia делает заражённых самцов неспособными оплодотворять яйца незаражённых самок. Незаражённая самка, в конце концов, является тупиком для бактерии. Тот же эффект наблюдается у некоторых других видов, что делает бактерию потенциальным инструментом для контроля насекомых.

На самок плодовых мушек Wolbachia действует иначе — делает их более «распутными». Заражённые самки с большей вероятностью спариваются чаще и откладывают больше яиц, настолько, что они даже принимают самцов других видов, чтобы отложить гибридные яйца.

Хотя влияние Wolbachia на самцов хорошо изучено, о том, как она влияет на самок, известно меньше. Карр и его коллеги из UC Santa Cruz решили изучить, что происходит внутри их клеток, чтобы сделать их такими беспорядочными. Их результаты опубликованы в Cell Reports.

Перестановка белков

Самки плодовых мушек полагаются на ключевые функции мозга, такие как восприятие и принятие решений, чтобы выбрать партнёра. Когда Карр и его коллеги изучили мозг заражённых самок, они обнаружили Wolbachia в областях, ответственных за эти функции. Бактерия была идеально расположена, чтобы влиять на брачное поведение.

Команда сравнила белки в мозге заражённых и незаражённых самок. Это первый раз, когда они использовали этот метод для изучения влияния Wolbachia на самок плодовых мушек.

«Потребовался белковый подход, чтобы найти то, что одна только геномная работа найти не могла», — говорит Карр.

Уровни белков в заражённом мозге явно отличались. Изменилось более 170 белков: количество одних увеличилось, а других уменьшилось по сравнению с незаражённым мозгом.

Когда исследователи генетически изменили уровни трёх из этих белков у незаражённых мушек, те начали вести себя как заражённые.

Команда также идентифицировала более 700 белков Wolbachia в мозге самок. Используя программу ИИ AlphaFold, Карр и коллеги изучили наиболее распространённые из этих белков в мозге.

Два из них взаимодействовали с белками хозяина-мушки — теми же самыми, что связаны с брачным поведением.

«В этой статье есть и другие скрытые жемчужины, которые могут быть важнее этих белков», — говорит Карр. «Wolbachia производит другие белки, которые, возможно, не имеют прямого отношения к выявленным нами поведенческим белкам, но имеют всё отношение к производству того, что мы называем незаменимыми аминокислотами».

Плодовые мушки (и люди) не могут производить незаменимые аминокислоты, необходимые их организму. Вместо этого они получают их из пищи или бактерий. Wolbachia, по-видимому, производит эти питательные вещества для своих хозяев, возможно, давая заражённым мушкам преимущество.

Это паттерн, наблюдаемый на протяжении всей эволюции. Митохондрии, известные как «электростанции клетки», начали как простые бактерии, заражавшие клетки. Со временем они стали настолько полезными, что клетки стали от них зависеть. Карр считает, что аналогичный процесс может происходить с Wolbachia, и стремится изучить его подробнее.

Узнать, кто есть кто

Другие исследования показали, что Wolbachia может блокировать размножение вирусов, таких как Зика и денге, в комарах. Попытки контролировать эти болезни и сократить популяции комаров имели переменный успех.

«По моему мнению, самая главная причина в том, что мы не понимаем молекулярной основы ни одного из этих потенциальных решений. Мы только начинаем добиваться прогресса», — говорит Карр. «Чтобы вылечить любую болезнь, чтобы усовершенствовать любую технику в биологии, нужно знать, кто есть кто, и нужно знать, как они работают».

Понимание того, как белки Wolbachia взаимодействуют с белками хозяина, может улучшить стратегии управления насекомыми-переносчиками болезней и защиты сельскохозяйственных культур с помощью более безопасных пестицидов. Результаты этого исследования также могут помочь защитить такие виды, как пчёлы, которые сталкиваются с угрозами со стороны вирусов.

Успех команды в белковом анализе также может вдохновить на новые исследования с использованием этого метода.

«Белки — это то место, где резина встречается с дорогой», — говорит Карр.

И это дорога, которая может привести к большему количеству жизненно важных решений.