Паразиты крадут гены, чтобы контролировать поведение своих хозяев

Новаторское исследование, проведенное Центром исследований динамики биосистем (BDR) RIKEN, показало, что паразиты способны контролировать своих хозяев с помощью генов, приобретенных в результате горизонтального переноса генов. Это открытие проливает свет на механизмы манипулирования паразитами хозяевами, позволяющие им обеспечивать свое выживание и репродуктивный успех.

Интригующий случай червей-скакунов

Один из наиболее интересных примеров манипулирования хозяином можно наблюдать на примере конского волосатого червя. Эти черви начинают свой жизненный цикл в воде, используя в качестве средства передвижения в наземную среду водоплавающих насекомых, таких как мухи-журчалки. Попав на сушу, эти черви ожидают, когда их проглотят наземные насекомые, такие как сверчки или богомолы. Внутри хозяина черви не только растут, но и изменяют поведение насекомого.

В частности, полностью выросшие черви заставляют насекомых-хозяев прыгать в воду, что способствует размножению червей, но часто приводит к гибели насекомых.

Раскрытие молекулярных механизмов

Предыдущие исследования намекали на способность червей-скакунов изменять внутренние пути хозяев, направляя их к свету и, в конечном счете, к воде. Однако молекулярные механизмы, позволяющие этим червям имитировать работу центральной нервной системы хозяина, оставались загадкой.

Чтобы разгадать эту загадку, исследователи отправились в путешествие и изучили закономерности экспрессии генов у червя Chordodes horsehair на разных стадиях его контроля над богомолом.

Откровения, полученные в ходе исследования

В ходе исследования были обнаружены специфические гены, которые доминировали, когда хозяин находился под манипуляцией. Интересно, что при этом мозговая активность богомола оставалась неизменной, что свидетельствует о том, что конские черви используют собственные белковые структуры для управления нервной системой хозяина.

Дальнейшее изучение происхождения этих манипулятивных генов привело к поразительному открытию. "Поразительно, но многие гены конского волосатика, которые могли играть важную роль в манипулировании своими хозяевами, были очень похожи на гены богомола, что позволяет предположить, что они были приобретены в результате горизонтального переноса генов", - пояснил ведущий автор работы Таппей Мишина, постдокторант отдела генетики BDR.

Феномен горизонтального переноса генов

Горизонтальный перенос генов, не связанный с размножением, позволяет напрямую передавать гены между двумя различными организмами, что приводит к быстрым эволюционным переходам.

Подтверждение гипотезы о том, что конские черви Chordodes приобрели эти манипулятивные черты у богомолов, усиливается. Некоторые гены в червях совпадали с генами богомолов, но заметно отсутствовали у других видов конских червей, не использующих богомолов в качестве хозяев.

Роль манипуляций с хозяином

Исследователи пришли к выводу, что многочисленные случаи горизонтального переноса генов от различных видов богомолов в течение эволюционного времени привели к появлению этих генов мимикрии. Эти гены, особенно те, которые связаны с нейронной активностью, светопривлечением и циклами "день-ночь", по-видимому, играют решающую роль в манипулировании хозяином.

Последствия для эволюционных стратегий

Горизонтальный перенос генов давно признан важнейшим фактором развития устойчивости бактерий к антибиотикам. Выявление большего числа случаев этого явления у многоклеточных организмов, как это было показано Мишиной, позволит получить ценные сведения о сложной динамике этого явления и, в более широком смысле, об эволюционных стратегиях.