Perskaitykite labiausiai kraujo įsišaknijančio skraidymo genomą pasaulyje • Aleksandras Markovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Genetika, parazitologija, entomologija

Perskaitykite labiausiai kraujo įsišaknijusių musių genomą pasaulyje

Cseti skristi Glossina morsitans. G. M. Attardo fotografija Tsetos genomo biologijos kolekcijai

Tarptautinė mokslinių tyrimų komanda baigė cetse liga genomo seką. Glossina morsitans, tripanosomozės vektorius – pavojinga žmonių ir naminių gyvūnų liga. Tsetės skristi yra vienas iš svarbiausių veiksnių, trukdančių tropinės Afrikos šalių ekonominei ir socialinei plėtrai. Genominiai duomenys išaiškino daugybę unikalias csetos sklidimo savybes, pvz., Griežtą kraujo mitybą, gyvą gimimą, žinduolius ir simbiozę su trijų tipų bakterijomis, molekulinį genetinį pagrindą. Ši informacija padės rasti "cetse fly" "pažeidžiamumą", kuri būtina veiksmingoms kovos su juo priemonėms kurti.

Cietos skraidymas yra žinomas kaip parazitinių protozoanų – trypanosomų (žr. Trypanosoma), agresyvių afrikinių trypanosomozių arba miegančių ligų nešiklį. Negalėjo sukurti vakcinos nuo šios mirtinos ligos, o turimi vaistai turi stiprų šalutinį poveikį. Nors pastaraisiais metais žmonių miegančių ligų dažnis buvo sumažintas, gyvulių trypanosomiozė, taip pat plintanti cetse liga, vis dar kelia rimtą problemą atogrąžų Afrikos šalyse, todėl daugelyje regionų gyvulininkystė nepatraukli arba neįmanoma (žr. Gyvūnų trypanosomiozė).

Skaitydamas csetos genotipo skrybėlę, mes tikimės kurti veiksmingus kovos su šiais kenksmingais vabzdžiais metodus. Tarptautinė mokslininkų grupė (žr. Tarptautinę Glossina genomo iniciatyvą) pranešė apie genomo analizės skaitymą ir pirmuosius rezultatus. Glossina morsitans 11 straipsnių žurnale serijoje PLoS (Viešoji biblioteka) ir sintezės straipsnyje Mokslas.

Tsetos skristi. Paveikslėlis iš sinopzės E. Pennisi, 2014 m. Genoma duoda nuorodų į CseDe Fly'o keistus ir mirtinus būdus

Tsetės skraidymas turi keletą unikalių savybių, kurias galite "įstrigti", kai kuria kovos su juo priemones, ypač jei genomo analizė leidžia jums išspręsti šių neįprastų savybių molekulinį genetinį pagrindą.

Skirtingai nuo kitų kraujo priesiančių vabzdžių, ne tik moterys, bet ir vyrai Glossina maitina tik žinduolių kraują. Jei įprastomis muselomis tenka dešimtys ir šimtai kiaušinių, tada moterys Glossina pagimdysi vieną didelę lervą, paruoštą vilkinimui. Per savo ilgą (iki mushy standartų) gyvenimo, moterys gali turėti laiko gimdyti iki 8-10 lervų; Kiekvienas nėštumas trunka apie 10 dienų. Lerva vystosi motinos organizme, maitina pieną, kuris gaminamas specialiose pieno liaukose. Evoliucijos eigoje jie išsivysto iš papildomų liaukų, kurie yra paplitusių vabzdžių moteryse, tačiau tarnauja prozės tikslais,pvz., kiaušinių lukštų komponentų gamyba.

Tsetos sklidimo genomo dydis yra 366 milijonai bazinių porų, maždaug dvigubai didesni nei Drosophila. Tuo pačiu metu, tiek muselių chromosomų, genų išdėstymo tvarka turi daug bendro pobūdžio. Genomo dydžio skirtumas yra susijęs su ilgesniais "beprasmis" fragmentais (intronais ir tarpgeninėmis spragais) csetoje, palyginti su drosofiliu. Mobilieji elementai sudaro 14% cetse genomo ir tik 3,8% Drosophila. Visa tai, greičiausiai, yra dėl mažo augimo ir mažesnio veiksmingo cetos skruzdžių populiacijos, o tai savo ruožtu veda prie gryninimo atrankos susilpnėjimo, kuris pašalina "papildomas" vietas iš genomo (žr. M. Lynch, JS Conery, 2003). Genomo sudėtingumo kilmė).

Kaip ir profesionalus kraujospūdis, cetse skrandis turi platų specializuotų genų, dirbančių seilių liaukose, repertuarą ir koduoja baltymus, kurie padeda efektyviau kraujuoti. Šie baltymai, visų pirma, neleidžia kraujo krešėti ir slopinti aukos imuninio atsako. Tokių baltymų rinkinys csetoje yra žymiai didesnis nei kitų kraujo mėginių vabzdžių rinkinys. Kaip paaiškėjo, trijunosomų infekuotuose museluose daugelio šių genų veikla seilių liaukose yra slopinama,priešingai, padidėja genų ekspresija, susijusi su atsaku į stresą ir pažeistų ląstelių taisymu. Atrodo, kad trypanosomos sugadina seilių liaukas ir sutrikdo užkrėsto skrando genus, siekiant pailginti kraujo tėkmę ir taip padidinti žinduolių patekimo į jo kraują tikimybę.

Tsetė parodė plačiau akvoporininių baltymų repertuarą nei kiti vabzdžiai, kurie padeda greitai pernešti vandenį per ląstelių membranas. Aquaporins yra būtinos kraujui čiulpti skraidyti, pirma, išpilstyti perteklinį vandenį iš girto kraujo ir, antra, atskiesti pieno liaukų sekreciją pieno gamyboje. Akvakorinų genų dezaktyvavimas lemia ilgesnį nėštumą, tai yra lervų vystymosi vilkinimą, kuris neigiamai veikia moterų augimą.

"Cetse" skraidymo genomoje yra daug pieno baltymo genų, kurių savybės ir funkcijos yra labai panašios į žinduolių pieno baltymus. Tarp jų visų pirma yra riebalų emulsikliai, aminorūgščių šaltiniai ir fosfatų grupės nešikliai. Daugybė genetų pieno baltymų susidarė cetse protėviuose dubliuojant.

Autoriai išsamiai nagrinėjo pieno baltymų genų ekspresijos reguliavimą.Paaiškėjo, kad šie baltymai yra sintezuojami tik pieno liaukose, o gamybos lygis yra glaudžiai susijęs su nėštumo faze: kuo didesnė lerva, tuo daugiau pieno baltymų gauna moterys. Pieno baltymų sintezės pažeidimas sukelia arba uždelstą lervos vystymąsi, arba persileidimą, ir miršta ankstyvos gimimo lerva. Autoriai sugebėjo nustatyti pagrindinio pieno baltymo geno reguliuojamą regioną (stiprintoją) (pieno liaukos baltymas 1, mgp1), dėl kurio genų ekspresija atliekama tik pieno liaukose, prisitaikant prie reprodukcinio ciklo fazės. Norint ištirti aptinkamo stiprintojo savybes, mokslininkai prijungė jį prie geno Lacz (žr. "Reporter" genas) ir su žalia fluorescuojančiu baltymu genas, o gautos konstrukcijos buvo įterptos į Drosophila genomą. Eksperimentai parodė, kad reguliuojamo csetos skraidymo seka užtikrina Drosophila kontroliuojamo geno ekspresiją tik pagalbinėse liaukose (iš kurių gimsta ceto pieno liaukos) ir tik aktyviai veisiant moterys. Taigi reguliavimo sistema, kontroliuojanti pieno baltymų sintezę, pasirodė esanti evoliuciškai konservatyvi: cetse muses "neatsirado", bet paveldėjo ją iš kiaušinių dėjimo protėvių.Autoriai taip pat galėjo nustatyti geną, koduojantį reguliuojamą baltymą (transkripcijos faktorius), kuris sąveikauja su aptinkamu stiprintuvu. Tai pasirodė kaip homeobox genas Ladybird vėlai (lbl) Dirbtinis išraiškos sumažinimas lbl veda prie pieno baltymų gamybos mažėjimo, o tai neigiamai veikia cetse patelių vaisingumą. Taigi, lbl – patogus "tikslas" kuriant naujas skaičiaus valdymo priemones Glossina.

Žindymo laikotarpiu 12 svarbiausių pieno baltymų genai sudaro pusę visų transkripcijos aktyvumo moters organizme. Didžiulė baltymų sintezė laktacijos metu sukelia oksidacinio streso grėsmę, su kuria susiduria nėštumas, didinant specialių antioksidantų fermentų gamybą (žr. Antioksidacinius fermentus). Išjungus šių fermentų genus, atsiranda faktas, kad kiekvienu nėštumu moterų augimas sparčiai mažėja, o paprastai jis neturi reprodukcinio senėjimo požymių, kol gimsta 8-10 palikuonių. Taigi, antioksidaciniai fermentų genai yra dar viena specifinė "cetse" skruzdžių "pažeidžiamumas".

Anglies hidratų, cetse metabolizmo, atsakingo už genų repertuarą, buvo smarkiai sumažintas, lyginant su kitais muščiais,kuris yra tiesiogiai susijęs su jos kraujo mityba. Cukrus ir glikogeno kiekis audiniuose Glossina labai mažai. Be to, tarp cetse skalūnų skonio pumpurų nebuvo net saldaus skonio receptorių (kurie, žinoma, visi normalūs vabzdžiai nesigundo angliavandenių maisto). Su metabolizmu susijusių baltymų komplektas, cetse skrandis turi daug panašumų su kitais krauju.

Kaip ir daugelis kitų specializuotų dietų vabzdžių, cetse sudaro maistingųjų medžiagų ir vitaminų trūkumas, dirbant su simbiozinėmis bakterijomis, kurios perduodamos iš motinos į vaiką. Svarbiausia csetos simbiontas yra bakterija Wigglesworthiagyvenantys specialaus organo ląstelėse – bakteriomos ir pieno liaukų kanalai. Be šio simbionto dauguma nėštumų baigia persileidimą, ty moterų augimas smarkiai mažėja. Genome Wigglesworthia yra genai, reikalingi B grupės vitaminų sintezei, tuo tarpu Glossina jų transportui reikalingi tik genai. Akivaizdu, kad simbiotai suteikia vitaminus šeimininkui.

Kitas simptomas, susijęs su cetse liga, paveldėta per motinos liniją, yra bakterija Wolbachia gyvena daugiausia gonadose. Tai sukelia vadinamąjį citoplazminį nesuderinamumą muses (žrCitoplazminis nesuderinamumas, tai yra, palikuonių mirtis, kylanti iš užkrėsto vyrų pernešimo su neinfekuota moterimi. Tokiu būdu bakterija sumažina neinfekuotų patelių vaisingumą, o tai netiesiogiai suteikia reprodukcinį pranašumą užkrėstoms moterims, kurios perduoda vulkaniją savo palikuonims. Tai yra bakterijos adaptacija, prisidedanti prie jos spartesnio paplitimo priimančiosios populiacijoje.

Autoriai rastų cetse genomoje tris įterptus Wolbachia genomo fragmentus (kitiems Wolbachia genų perkėlimo į šeimininko genomą atvejams atvejus žr. "Gyvūnai keičiasi genais su parazitinėmis bakterijomis", Elements, 2007 m. Rugsėjo 5 d.). Bakteriniai įterpimai nėra transkribuojami, bet gali atlikti tam tikrą vaidmenį genų reguliavime: šiam klausimui reikia atskiro tyrimo. Be to, cetse liga genomoje buvo įterptų virusinių genų, būdingų bracovid riderio virusams (žr. Vairuotojai ir jų virusai, žr.: "Riders" slopina jų aukų imuninę sistemą, suklastotų virusų pagalba, Elements, 2009 m. Vasario 19 d.). Labiausiai tikėtina, tai reiškia, kad cseti plaukioja kai kurie nežinomi vairuotojai parazituoja (ar parazituoja anksčiau). Šis faktas atveria dar vieną galimą "biologinio ginklo" vystymosi kryptį prieš miego ligos vektorių.

Trečioji cetse simbiontas, bakterija SodalisJis randamas visuose skruzdžių audiniuose, taip pat virškinamajame trakte. Šie simbiontai yra įdomūs, nes jie, atrodo, daro įtaką infekcijos tripanosomų tikimybei. Bakterijos Sodalis gamina fermento chitinazę, kuri pažeidžia peritrofinės membranos vientisumą, o tai padeda penetruoti trypanosomą iš girto kraujo į vabzdžių audinį. Autoriai pažymi, kad genetinis bakterijų modifikavimas gali būti vienas iš būdų kovoti su trypanosomiozė. Sodalis. Pavyzdžiui, jei simbiontai netenka savo sugebėjimo gaminti chitinazę, miežių infekcija su trypanosomais turėtų sumažėti. Be to, genome Sodalis Galite įterpti apsauginių baltymų genus (pvz., Antikūnus), kurie selektyviai atakuoja trypanosomas skruzdžių žarnose (žr. L. De Vooght ir kt., 2012. Nanobody in Sodalis glossinidius, bakterijų cetse simbiontas).

Bakterijų cetse simbiontai. Wolbachia (raudoni apskritimai) yra lokalizuota kiaušidėse (Kiaušidės). Wigglesworthia (žali lazdos) gyvena specialaus organo ląstelėse – bakteriomos (bakteriomą) ir krūtinės kanaluose (pieno liauka). Sodalis (mėlynos lazdelės) randama visuose audiniuose ir virškinamajame trakte (Virškinimo traktas). Gimdos lerva – lerva vystosi gimdoje; ji turi savo bakteriją (Lervos bakteriomos) su simbiontais Wigglesworthia paveldima iš motinos. Paveikslėlis iš santraukos straipsnio Mokslas

Gyvūnų cetse imuninės gynybos gentų repertuaras buvo labai prastas, palyginti su vaisių sklidu. Tai galima paaiškinti, pirma, mažesniu patogeninių mikrobų kiekiu žinduolių kraujyje, palyginti su Drosophila (puvinių vaisiais) maistu, ir, antra, dėl būtinybės išsaugoti gyvybiškai svarbią simbioto Wigglesworthia. Kitiems vabzdžiams, kuriuose yra privalomųjų bakterijų simbiontai (pavyzdžiui, amarai), būdingas ir blogas antibakterinių baltymų repertuaras.

Autoriai sudarė išsamų cetse skeveldžių receptorių baltymų sąrašą. Tikslūs duomenys apie tai, kokie kvapai, skoniai ir spalvos supranta skristi, turėtų padėti plėtoti įvairius jaukus ir spąstus. Paaiškėjo, kad cetse yra mažiau uoslių receptorių nei kiti vabzdžiai su skaitytomis genomais (vaisių muselės, uodai, bitės). Tai yra logiška, atsižvelgiant į griežtas maisto cetse fly'io maisto normas ir siauras ryklys šeimininkų, kurių kraujas gali valgyti. Tiesa, vienas "Drosophila" kvėpavimo receptorius, kurio darbas susijęs su moterų seksualinio partnerio pasirinkimu, atstovavo Glossina visi šeši paralogai.Ar tai reiškia, kad pasirenkant partnerį moterys csetse yra smulkesnės? Tai būtų logiška, atsižvelgiant į didžiulį motinos indėlį palikuonims.

Kaip ir kiti greito skraidymo Diptera, cetse liga, vertinant pagal genomą, turi puikų regėjimą, pritaikytą veiksmingai ieškoti grobio (ir vyrams – taip pat ir moterų paieškai). Spalvų regėjimas yra pagrįstas keturiais šviesai jautriais baltymų – opsins, iš kurių vienas yra pritaikytas mėlynai šviesai. Tai atitinka faktą, kad "Tsetė" plaukia pritraukia visus bliuzus (svarbu plėtoti spąstus).

Taigi, pati pirmoji, paviršutiniškos cetse skraidančio genomo analizė atskleidė keletą "pažeidžiamų" vietų kenksmingo vabzdžio biologijoje. Tikimės, kad šios žinios padės, pirma, pagaliau nugalėti miego ligą ir, antra, įveikti gyvūnų trypanosomozę, kuri iš esmės turėtų pagerinti tropinės Afrikos šalių ekonominio ir socialinio vystymosi perspektyvas. Tiesa, kovos su maliarija ir kitomis pavojingomis ligomis, kurias perduoda vabzdžiai, patirtis rodo, kad sunku tikėtis greitos sėkmės: skaitydama vežėjo genomą (ir, žinoma, pačiame sukėlėjui: Trypanosoma brucei buvo perskaitytas 2005 m.) – tai tik pirmas reikalingas žingsnis. Deja, kelias nuo genominių duomenų iki veiksmingų būdų kontroliuoti vabzdžių skaičių yra ilgas ir sunkus.

Šaltiniai:
1) 11 straipsnių apie cetse genomo analizę, Tsetos genomo biologijos kolekciją, serijos žurnaluose PLoS (Viešoji biblioteka).
2) sintezės straipsnis Mokslas: J. Watanabe ir kt. (Tarptautinė Glossina genomo iniciatyva). Tsetės skristi genomo seka (Glossina morsitans): Afrikos trypanosomozės vektorius // Mokslas. 2014. V. 344. P. 380-386.
3) Anotacija: E. Pennisi. Genetinis šaltinis – tai keista ir mirtini būdai "Cseti Fly". Mokslas. 2014. V. 344. P. 349-350.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: