Российские ученые раскрыли секрет живучести комаров
«Этот комар украл сам у себя белок и приспособил его для своих задач. Он активирует около 30% генов, участвующих в высыхании личинки. Что активирует остальные гены и как регулируется «размачивание» — выход личинки из состояния покоя, еще предстоит выяснить», — рассказывает Павел Мазин из Сколковского института науки и технологий, один из авторов открытия.
За последние два века натуралисты и биологи открыли несколько десятков видов животных, обладающих фантастической живучестью. К примеру, некоторые лягушки могут переживать полную заморозку зимой и «воскресать» весной, а тихоходки, близкие родичи членистоногих, легко переносят полное высыхание и многократные «выходы» в открытый космос.
Двумя самыми яркими и большими примерами таких животных-«супергероев» являются африканские двоякодышащие рыбы и их «соседи» — комары вида Polypedilum vanderplanki. Первые, как недавно выяснили ученые, могут впадать в многолетнюю спячку при полном пересыхании водоемов, а личинки комаров — полностью высушивать себя во время засухи и возвращаться к жизни при появлении влаги.
Мазин и его коллеги, работавшие под руководством Михаила Гельфанда, профессора «Сколтеха» и заместителя директора Института проблем передачи информации РАН в Москве, раскрыли тайну того, как эти комары приобрели эту суперспособность и выяснили, какие гены защищают его от гибели при полной «сушке».
Для этого ученые сравнили геномы P. vanderplanki и P. nubifer, другого африканского комара, не способного выжить в таких условиях, и попытались найти те гены, которые играют ключевую роль в процессе избавления клеток личинок от лишних молекул воды.
Как объясняют генетики, вода не просто испаряется и исчезает из их тела — ее заменяют молекулы особого сахаристого вещества, трегалозы. Благодаря этому клетки комара сохраняют свою форму и не разрушаются при сушке, что позволяет насекомым «воскреснуть» после появления новых запасов воды в тех водоемах, где они живут.
Помимо сахара, организм личинок вырабатывает и другие молекулы, которые защищают белки от оксидантов и других химически агрессивных молекул в то время, пока комар находится в безводном «анабиозе». Что именно заставляет P. vanderplanki вырабатывать эти вещества, ученые не знали до настоящего времени.
Гельфанд, Мазин и их коллеги обнаружили, что все эти функции берет на себя всего один белок, сигнальная молекула Hsf. В нормальных условиях она отвечает за реакцию на стресс, и при его появлении она активирует другие цепочки аминокислот. Как правило, они защищают клетку от теплового шока, холода и других угроз, однако в организме африканских комаров они играют совершенно другую роль.
Как показали опыты авторов статьи, включение Hsf приводит к активации генов, отвечающих за производство молекул трегалозы и целого ряда антиоксидантов, необходимых для защиты белковой части клеток от разрушения, а не только участков ДНК, связанных с клеточным стрессом. Когда Гельфанд и его коллеги отключили этот ген, личинки комаров начали погибать при иссушении, что указало на критическую роль этого гена в работе их суперспособности.
Подобное открытие сильно удивило биологов — ген Hsf играет критически важную роль в жизни большинства видов животных, и его структура и функции почти одинаковы и у человека, и у насекомых, несмотря на то, что нас разделяют сотни миллионов лет самостоятельной эволюции.
Соответственно, возникает вопрос — как P. vanderplanki удалось «взломать» этот ген и приспособить его для своих целей? Как надеются российские биологи, ответ на этот вопрос будет получен в ближайшее время после более детального изучения генома этого удивительного комара.
Исследование опубликовано в журнале PNAS.
