Черви нематоды делятся «воспоминаниями» обмениваясь РНК

Помимо Homo sapiens на нашей планете живут миллионы других существ. Те, что покрупнее и подобрее как правило оказываются домашними питомцами, а вот остальным повезло меньше. Это касается как крупных диких животных, например, слонов (за ними очень любят охотиться браконьеры, но вообще слоны – это отдельная, невероятно интересная тема), так и птиц, членистоногих и насекомых. При этом те же самые муравьи проявляют невероятную смекалку, проживая в структурированных гнездовых сообществах, которые возглавляют королева или королевы. А вот их главная задача – отложить тысячи яиц и обеспечить выживание колонии. Умно, не так ли? Но если о муравьях можно рассказать много увлекательных историй, то как на счет червей? Казалось бы, банальнее некуда – земляные черви создают норки в почве (глубиной не менее 60—80 см), способствуя ее увлажнению, перемешиванию и аэрации. А после прохождения через их кишечник все питательные вещества из растительных остатков высвобождаются. Правда, особой смекалкой эти ребята не отличаются, как и их собратья, проживающие в других организмах, например, паразиты. Но не тут-то было. Как показали результаты нового исследования, микроскопическая нематода Caenorhabditis elegans делится друг с другом воспоминаниями обмениваясь РНК. Вот этого точно никто не ожидал.

Интересный факт
Caenorhabditis elegans – микроскопический почвенный червь, культивируемый в научных целях в лабораториях

Нас окружают черви

Среднестатистический земляной червь обитает на всех континентах, кроме Антарктиды и с ними хорошо знакомы даже жители мегаполисов. Но нас окружают не только дождевые и земляные черви – мир кишит паразитами. И многие их представители пируют, уютно расположившись внутри нашего тела. Некоторые черви бывают настолько маленькими, что их едва можно заметить невооруженным глазом (то что нужно, если вы паразит).

Но именно круглые черви оказались главными героями нового исследования. Знакомьтесь – микроскопическая нематода Caenorhabditis elegans – ее длина составляет около 1мм. Эти нематоды широко используется в молекулярной биологии начиная с 1974 года и используются в исследованиях по нейрофизиологии, биологии развития и вычислительной биологии.

Геном этого крошечного червя был полностью секвенирован и опубликован в 1998 году (у Caenorhabditis elegans и у человека порядка 20000 генов). А еще Caenorhabditis elegans – один из самых простых организмов с нервной системой и имеет всего 302 нервных клетки.

Результаты ранее проведенного исследования показали, что безглазые черви нематоды Caenorhabditis elegans могут, в некотором смысле, видеть, используя цвет. Это помогает им различать токсичные и безвредные бактерии при поиске пищи.

Ну а если вернуться к прекрасному, то есть к гельминтам – круглыми паразитам, что проживают в почве и попадают в организм через грязную воду, то эти товарищи славятся своей способностью выживать в низкокислородной среде кишечника человека. Но Caenorhabditis elegans – не паразит а близкий родственник гельминтов.

На самом деле нематоды С.elegans могут быть полезны для нас. Все потому, что эти крошечные черви генетически внедряют отвращение к некачественной пище в своих детей, чтобы те держались от нее подальше. Ну а если один червь окажется непослушным и закончит свои дни кверху брюхом, его распадающееся тело, потенциально подхваченное любым проходящим мимо представителем вида, просочиться в организм, будучи закодированным в РНК.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трех основных макромолекул (наряду с ДНК и белками); содержатся в клетках всех живых организмов. РНК состоит из длинной цепочки нуклеотидов, последовательность которых позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Более того, все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.

Кстати, геномы целого ряда вирусов состоят из РНК. Это означает, что для вирусов она играет роль, которую у высших организмов выполняет ДНК.

Как пишет Science Alert со ссылкой на исследование, это замечательное средство передачи памяти было обнаружено учеными из Лаборатории Мерфи Принстонского университета в США в рамках серии исследований наследственного поведения нематод.

Как нематоды обмениваются воспоминаниями?

Отметим, что ранее открытий так называемый «экологический стресс» у таких животных как C. elegans, которые меняют способ включения генов не только у их потомства, но и у собственных детей их потомства… и так далее, из поколения в поколение, способствует передаче такого рода «воспоминаний». И дело не только в червях. Гены у потомства плодовых мух и даже мышей могут измениться благодаря сигналам в среде обитания их родителей, что эффективно изменяет биологические функции будущих поколений.

В прошлом году исследователи опубликовали результаты о реакции C. elegans на потребление бактерии Pseudomonas aeruginosa – привлекательного источника пищи, который быстро становится неприятным в их пищеварительной системе. Команда обнаружила, что черви поглощали нити РНК из своей токсичной пищи через кишечник, среди которых был участок некодирующей РНК, под названием Р11.

Изображение: Лаборитария Принстонского университета, США

Когда организм сталкивается с угрозой в окружающей среде, в интересах вида предупреждать других об опасности. Микроскопический круглый червь C. elegans регулярно сталкивается с опасностями в своей среде, такими как патогенная бактерия P. aeruginosa, которая кажется привлекательным источником пищи, но может вызвать отвращение у червей, если ее съесть, – пишут исследователи.

Но черви нематоды не могут предупредить друг друга об опасности, выкрикивая предупреждения, как это сделал бы человек. Новая работа исследователей из лаборатории Принстонского университета показывает, что черви, которые сталкиваются с P. aeruginosa могут помочь другим избежать опасности и определяет важнейшую часть механизма, с помощью которого это происходит.

Генетическая память

В более ранней работе исследователи из лаборатории Мерфи обнаружили, что черви-матери, заболевшие P. aeruginosa, учатся избегать бактерии и что они могут внушить это поведение избегания своим потомкам в течение следующих четырех поколений. Черви-матери, которые ели P. aeruginosa, поглощают малую РНК P11 через кишечник, которая вызывает сигнал в репродуктивных клетках зародышевой линии червя, который затем передается нейрону, контролирующему его поведение. Вот такой нелегкий путь.

Однако новое поведение передается будущему потомству посредством изменений, внесенных в клетки зародышевой линии. В своей новой статье соавторы Ребекка Мур, Рэйчел Калецки и Чен Лесник с коллегами показывают, что поведение избегания также может передаваться от обученных червей другим наивным взрослым червям.

Открытие предполагает, что черви выделяют некоторый сигнал, который, будучи подхвачен другими особями, может изменить их поведение. Интересно, что потомство червей, «воспитанное» помощью такого сигнала, также избегает патогенной P. aeruginosa в течение следующих четырех поколений. Это говорит о том, что секретируемый сигнал затрагивает тот же путь обучения у червей-реципиентов, что и у тех, кто непосредственно подвергается воздействию патогена.

Мы обнаружили, что ретротранспозон под названием Cer1, который образует вирусоподобные частицы, по-видимому, переносит память не только между тканями (от зародышевой линии червя до его нейронов), но и между отдельными людьми, – пишут авторы научной работы, опубликованной в журнале Cell.

Новый эксперимент, помимо прочего, демонстрирует, что генетическая память не является строго семейным делом, и есть доказательства, свидетельствующие о ее способности передаваться поперечно от червя к червю. Но для этого, увы, червя-учителя придется в порошок.

Провокационные выводы

По мнению Крейг Мелло, профессор молекулярной медицины Массачусетского университета и соавтор открытия РНК-интерференции, «выводы, сделанные Мерфи и его коллегами являются провокационными».

Это еще один интригующий эпизод в растущем числе исследований, в которых системные сигналы РНК участвуют в трансгенерационном влиянии на поведение, – говорит он.

Следует также отметить, что новое исследование впервые предлагает механизм, с помощью которого такая передача воспоминаний может происходить в природе. Однако работа также поднимает ряд неотложных вопросов. Например, как указывает Мелло, в настоящее время установлено, что черви используют сигналы РНК для передачи информации потомству, но пока неясно, какой именно вклад Cer1 вносит в этот процесс.

Особенно часто C.elegans используют для исследований нервной системы, биологии развития и старения.

«Зачем животному нужен вирус, чтобы передавать сигналы потомству?» — спрашивает Мелло. «Что именно передается?» Чтобы продемонстрировать эволюционировавшую взаимосвязь между червями и ретро-элементом Cer1, будет важно ответить на эти вопросы. Хорошие же новости заключаются в том, что команда Мерфи как раз над этим работает. Так что будем ждать. В конце концов даже черви полны сюрпризов.