Расшифрованная ДНК мухи цеце спасёт множество жизней

Международная группа учёных расшифровала геном мухи цеце (Glossina morsitans). Используя полученные данные, исследователи выявили генетические адаптации, которые позволяют насекомому иметь такую уникальную биологию и передавать болезнь человеку и животным.

Муха цеце распространяет паразитарные заболевания, в том числе африканский трипаносомоз, известный также как сонная болезнь. К югу от Сахары почти 70 миллионов человек в настоящее время живут под угрозой смертельной инфекции. Без медицинского вмешательства сонная болезнь приводит к летальному исходу, но и большинство методов терапии имеют серьёзные побочные эффекты: например, часто для лечения используется мышьяк – в дозах, достаточных, чтобы убить паразита, но не настолько высоких, чтобы убить пациента.

Изучение генетического материала опасного насекомого поможет учёным научиться корректировать рост популяции цеце и бороться с распространением заболеваний.

Болезнь распространяется среди жителей Чёрного континента, так как, по сути, в ходе эволюции организм мух разработал уникальные биологические методы передачи паразитов. Насекомые способны распознать хозяев паразита по запаху.

"Мухи цеце несут смертельную болезнь и существенно подрывают ресурсы страны, которая меньше всего может себе это позволить. Так что фермерам чаще приходится разводить менее производительных, но более устойчивых к трипаносомозам животных, – рассказывает доктор Мэтью Берримен (Matthew Berriman) из института Сенгера. – Наше исследование ускорит разработки, направленные на эксплуатацию необычной биологии мухи цеце. Мы должны понять её и выявить слабые места, а затем использовать их для регулирования популяций насекомого в тех регионах, где африканский трипаносомоз человека является эндемическим".

Команда, состоящая из 146 учёных из 78 научно-исследовательских институтов 18 стран, проанализировала геном мухи цеце и секвенировала 12308 генов, контролирующих активность белков. Исследовательская работа длилась почти 10 лет, но все результаты будут опубликованы в открытом доступе, так как ранее это насекомое было практически не изучено.

Муха цеце немного похожа на любимую биологами плодовую мушку-дрозофилу, но её геном в 2 раза длиннее. По сравнению с геномом человека, геном цеце составляет лишь одну десятую – в нём "всего" 366 миллионов пар оснований.

Как уже было сказано, в нём содержатся гены, определяющие необычную биологию мухи. Особенно нетрадиционна её репродуктивная биология: в отличие от большинства насекомых, откладывающих яйца, цеце рождает живое потомство, которое затем питается выделениями специальных желёз матери (так что, можно сказать, у мухи имеется своеобразный аналог грудного молока. Двенадцать генов как раз кодируют это необычное вскармливание.

Исследователи обнаружили белки, ответственные за поведенческие реакции, семейство генов, связанных с работой слюнных желез мухи, и ген rh5, регулирующий работу фоторецепторов насекомого (и объясняющий тягу мухи к синему и чёрному цветам). Такие знания можно использовать для создания ловушек, которые помогут уменьшить популяцию цеце и задержать распространение болезней.

Что удивительно, в геноме мухи полностью отсутствуют гены, отвечающие за обработку сахаров – всё указывает на то, что взрослая особь способна употреблять в пищу исключительно кровь других животных.

"Сонная болезнь поражает тысячи людей в африканских странах, расположенных южнее Сахары. Отсутствие карты генома мухи цеце было серьёзным препятствием для выявления уязвимостей в организме насекомого, – говорит доктор Серап Аксой (Serap Aksoy) из Йельского университета. – Над решением этой разрушительной проблемы распространения сонной болезни трудились исследователи из многих стран Африки, Европы, Северной Америки и Азии. Возможно, с помощью полученной информации можно будет разработать новые инструменты, которые помогут снизить численность или даже ликвидировать популяцию мухи цеце".

Аксой уверена, что, зная гены, ответственные за обоняние, вкусовые ощущения и зрительное восприятие мухи цеце, можно будет создать усовершенствованные ловушки и репелленты. На основе белков, найденных в кишечнике и слюнных железах цеце, будут производиться антитела, которые затем станут основой для вакцины. Она помешает мухам успешно переваривать высосанную у домашних животных кровь, а без достаточной энергии и питания насекомые не смогут активно размножаться.

Подробности исследования были опубликованы в журнале Science.