Вши и их бактериальные симбионты эволюционировали вместе миллионы лет

Исследование Флоридского музея естественной истории проливает новый свет на сложную общую историю между кровососущими вшами и производящими витамины бактериями-помощниками, которые позволяют им паразитировать на млекопитающих, включая приматов и людей.

Вши зависят от бактерий, которые поставляют необходимые витамины, отсутствующие в крови — их единственном источнике пищи. Эти бактериальные партнеры живут в специализированных клетках внутри своих насекомых-хозяев и передаются от самки вши её потомству. Вши не смогли бы выжить без своих симбиотических бактерий, а бактерии, в свою очередь, не могут жить вне своих насекомых-хозяев.

Однако оставалось неясным, когда началось их партнерство и как оно эволюционировало с течением времени. Предыдущие исследования предполагали, что вши приобретали и заменяли своих бактериальных симбионтов несколько раз за свою эволюционную историю.

Но исследование учёных Флоридского музея Брета Бойда и Дэвида Рида показало, что вши, паразитирующие на приматах и людях, непрерывно содержали своих эндосимбионтов как минимум 20–25 миллионов лет, что совпадает с периодом, когда человекообразные обезьяны и мартышковые имели общего предка.

По мере эволюции приматов эволюционировали и вши, а эволюция их бактериальных партнеров шла с ними в ногу.

Данные дают новую перспективу на эволюционное древо этих симбиотических бактерий, заявил Бойд, проводивший исследование в качестве докторанта музея.

«Хотя вши очень плохо воспринимаются, они предоставляют массу научной информации, — сказал Бойд, ныне постдокторант Университета Джорджии и первый автор исследования. — Поскольку эти симбиотические бактерии связаны с известной эволюционной историей между вшами и приматами, это идеальная система для изучения эволюции бактериального генома».

Многие виды кровососущих вшей паразитируют только на одном виде хозяина, и эта специфичность может дать представление об эволюции приматов и человека, сказал Рид, куратор отдела млекопитающих и заместитель директора по исследованиям и коллекциям Флоридского музея.

«Некоторые части нашей истории туманны и их трудно восстановить, — сказал он. — Эволюция вшей и их симбиотических бактерий помогает пролить свет на эволюционную историю человека и приматов, предоставляя новые ключи к нашему прошлому».

Чтобы получить более полную картину того, как вши и их бактериальные симбионты совместно эволюционировали, исследователи секвенировали и собрали геномы эндосимбионтов из вшей человека, шимпанзе, гориллы и красного колобуса.

Они обнаружили, что геномы бактерий крошечные — от 530 000 до 570 000 пар оснований. Для сравнения, геном E. coli составляет около 4,6 миллиона пар оснований.

Маленькие геномы — типичная черта симбионтов насекомых, которые теряют большую часть своего генома в ходе взаимоотношений со своими хозяевами.

Сравнивая геномы разных симбионтов, исследователи обнаружили свидетельства масштабной перестройки генома за последние 25 миллионов лет, в результате которой гены, критически важные для симбиоза «вошь-симбионт», оказались близко друг к другу в бактериальном геноме. Такое расположение, вероятно, оказалось выгодным, поскольку сохраняется у многих симбионтов вшей и сегодня, сказал Бойд.

Исследование также показало, что значительная часть генома симбионта посвящена синтезу витаминов. У вшей, паразитирующих на людях, гориллах, шимпанзе и обезьянах, симбионты производят витамины группы B, необходимые для основных клеточных процессов.

То, как геномы симбионтов сокращались со временем и какие гены остались, являются ключевыми исследовательскими вопросами в фундаментальной и прикладной науке, отметил Бойд.

«Процесс, посредством которого меняются геномы симбионтов, важен для понимания того, как насекомые и бактерии формируют взаимовыгодные отношения, которые могут сохраняться десятки и сотни миллионов лет, — сказал он. — Гены, которые сохраняются в крошечном геноме, дают представление о том, какие гены необходимы для поддержания бактериальной жизни».