Муравьев-солдат перепрограммировали в рабочих и обратно

Американские молекулярные биологи открыли необычную белковую молекулу, которая управляет формированием программы поведения рабочих особей в муравейниках. Используя это вещество, ученые заставили "муравья-солдата" исполнять функции рабочих. Результаты исследования ученые описали в статье для научного журнала Molecular Cell.

"Похоже, что функции и структура у белка CoRest одинаковы для всех видов перепончатокрылых насекомых. Сейчас мы пытаемся понять, как именно он меняет работу клеток мозга, так как у нас есть основания полагать, что он влияет лишь на определенный тип нейронов", - прокомментировала Шелли Бергер, молекулярный биолог из Пенсильванского университета (США), один из авторов работы.

Колонии многих видов общественных насекомых состоят из нескольких каст, каждая из которых выполняет свои задачи. Так, рабочие особи ухаживают за потомством и кормят колонию, солдаты защищают ее, а половозрелые самки и самцы участвуют в воспроизводстве населения.

История появления подобного "строя" уже много лет остается предметом споров среди биологов. Пока не совсем понятно, что заставило предков муравьев, пчел и прочих перепончатокрылых отказаться от размножения и стать добровольными "рабами" для одной или нескольких королев или других "избранных" особей.

Бергер и ее коллеги изучали еще одну интересную загадку - то, как рабочие особи, полностью идентичные по устройству их генома, приобретают очень разную специализацию и физический облик. Ученых давно интересует то, почему некоторые из них становятся солдатами, особенно крупными особями, которые защищают колонию от захватчиков, а другие остаются небольшими и отвечают за сбор пищи или уход за молодняком.

Как отмечает Бергер, молекулярные биологи давно подозревают, что подобные разительные отличия в жизнедеятельности и поведении перепончатокрылых насекомых из разных каст связаны с так называемыми эпигенетическими метками.

Дело в том, что манера работы фактически всех генов зависит не только от их структуры, но и того, как "упакована" та часть нити ДНК, где они находятся, и как она взаимодействует с окружающими сегментами генома. За последние годы ученые открыли десятки клеточных механизмов, которые повышают или понижают активность генов, нанося на их белковую упаковку особые молекулярные метки или другим образом меняя их "читаемость".

Зачем это нужно живым организмам? Подобные "дирижеры" генетической активности позволяют им очень быстро адаптироваться к новым условиям среды или гибко менять программу поведения в ответ на появление определенных факторов. К примеру, некоторые растения используют эпигенетические метки для того, чтобы "запоминать" засухи, приспосабливаться к ним и передавать эту информацию потомкам.

Недавно Бергер и ее коллеги нашли первые намеки на то, что эпигенетика управляет поведением муравьев. Они наблюдали за жизнью нескольких муравьев Camponotus floridanus. В их тела ученые ввели большие количества вещества, которое блокирует нанесение новых меток на упаковку их ДНК. Это сильно нарушило программу поведения некоторых муравьев-солдат.

Заинтересовавшись этим открытием, ученые попытались выделить клеточный механизм, который отвечает за выбор программы поведения и ее работу в организме муравьев. Для этого биологи вырастили несколько личинок муравьев и проследили за тем, как именно менялась работа их генов при нормальном развитии и при введении блокирующих препаратов.

Эти эксперименты показали, что роль подобного переключателя исполнял белок CoRest, который стимулирует работу генов, активность которых была максимально высокой в организме небольших рабочих особей. В их число входили те участки ДНК, которые препятствуют распаду "детских" гормонов и мешают телу муравья расти и превращаться в "солдата".

Когда ученые заблокировали работу CoRest, это привело к тому, что блокирующее вещество перестало "перепрограммировать" муравьев и те продолжали вести себя как "солдаты". Что интересно, подобное "перепрограммирование" было возможным только на некоторых фазах их развития. Почему это так, пока не понятно, однако дальнейшее изучение работы этого белка, как надеются авторы статьи, поможет им выяснить, как именно CoRest "дирижирует" развитием нейронов коллективных насекомых.