Расшифровка сложной жизни простого паразита
Дициемиды — микроскопические паразиты, состоящие всего из 30 клеток. С их простым трёхчастным планом строения тела они сложнее одноклеточных простейших, но гораздо проще многоклеточных метазоев — животных царства Animalia. Однако простое устройство этих так называемых мезозоев не означает простой жизни.
Например, дициемиды устраняют гены для экономии энергии и меняют способ полового размножения.
Жизнь в почечном мешке осьминога может показаться не самой роскошной, но для дициемида это дом «всё включено». Там они могут питаться мочой и размножаться как бесполым, так и половым путём. Когда популяция в мешке становится слишком плотной, дициемиды переходят к половому размножению. Личинки, произведённые половым путём, отличаются от личинок при бесполом размножении — половые личинки покидают хозяина в поисках нового осьминога, и, найдя нового хозяина, цикл повторяется. Однако учёные до сих пор не уверены, почему у этого простого организма такой сложный жизненный цикл.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Университета Осаки расшифровали последовательность генома дициемид, что дало ключевое понимание их не такой уж простой жизни. Исследование, опубликованное в Genome Biology and Evolution, поможет пролить свет на некоторые из этих загадок.
Профессор Нори Сато из Морского геномного подразделения OIST и бывший аспирант д-р Цай-Мин Лу сотрудничали с известным исследователем дициемид д-ром Хидэтакой Фуруя из Университета Осаки для секвенирования паразита.
Исследование началось в Осаке, где учёные отправились на местный рыбный рынок и купили живых осьминогов. Затем головоногих доставили в лабораторию, где с помощью пипетки собрали их мочу.
Затем они извлекли дициемид из мочи, тщательно удаляя клетки осьминога, чтобы обеспечить чистоту образцов.
«Мы промывали клетки солёной водой и отделяли их, — сказал Лу. — Это повторялось несколько раз, чтобы удалить как можно больше клеток осьминога. Наконец, мы под микроскопом вручную отбирали особей дициемид по одной, чтобы получить образцы для секвенирования».
Однако даже с этим этапом очистки получение чистого образца дициемид было сложной задачей.
«Очень трудно исключить все клетки осьминога из образцов дициемид; однако получить чистый образец от осьминога гораздо проще, поэтому мы экстрагировали геномную ДНК», — пояснил Лу.
Это препятствие добавило два года работы к исследованию, но в итоге учёные получили чёткий результат: они секвенировали геномы обоих организмов и — поскольку геном осьминога уже был секвенирован ранее — смогли вычесть его, чтобы получить последовательность паразита.
Команда обнаружила, что геном дициемид сильно редуцирован по сравнению с другими паразитами. Например, у этих паразитов есть всего четыре так называемых Hox-гена, отвечающих за построение плана тела организма. Эти гены представляют собой группы родственных генов. Группы обычно организованы, но у дициемид это не так. Учёные обнаружили дезорганизованные кластеры генов, возможно, из-за способности дициемид устранять гены для экономии энергии. Они удаляют гены в своих метаболических, иммунных и нервных системах.
«Hox-гены — важные элементы в построении сложных тел животных, — сказал Фуруя. — Если будет секвенировано много геномов паразитов, накопленная геномная информация, возможно, раскроет специфичную для паразитов организацию генов».
У каждого животного на Земле есть паразиты, и хотя некоторые из них просты, другие — нет. Полная последовательность генома дициемид не только даёт ответы на некоторые важные вопросы в биологии дициемид, но и предлагает понимание эволюции паразитов в целом.