Наездники подавляют иммунную защиту своих жертв при помощи прирученных вирусов

Наездники подавляют иммунную защиту своих жертв при помощи прирученных вирусов

Многие наездники вводят в тела своих жертв «вирусоподобные частицы», которые помогают личинкам паразита подавить иммунную защиту хозяина. Как выяснилось, гены, управляющие формированием этих частиц, были приобретены паразитическими насекомыми от настоящего вируса, который 100 млн лет назад встроился в геном их предка.

Паразитоидные наездники — одна из самых разнообразных групп насекомых, включающая десятки тысяч видов. Они играют огромную роль в природных экосистемах, а также в сельском хозяйстве, контролируя численность растительноядных насекомых, в том числе многих вредителей сельскохозяйственных культур. Личинки наездников развиваются в теле жертвы, пожирая ее заживо. В свое время эта необычайная «жестокость природы», возможно, повлияла на мировоззрение Чарльза Дарвина, который заметил в одном из писем, что не может себе представить, как мог благой и милосердный Создатель такое сотворить (причем не единожды, а в десятках тысяч вариаций, как мы могли бы сейчас добавить).

Многие наездники впрыскивают в жертву, кроме своих яиц, также и особые вирусоподобные частицы. Их называют поли-ДНК-вирусами (Polydnavirus, PDV). Оболочка PDV очень похожа на оболочку других вирусов насекомых (особенно бакуловирусов), однако генетическая «начинка» у них совсем другая. Каждый PDV содержит несколько маленьких кольцевых молекул ДНК с генами белков, подавляющих защитную реакцию организма хозяина (например, гусеницы). Это позволяет личинкам наездника беспрепятственно развиваться в теле жертвы.

При этом, в отличие от всех нормальных вирусов, PDV не содержат специфических вирусных генов, необходимых для размножения. Поэтому PDV не могут размножаться в организме гусеницы. Не размножаются они и в организме наездника. По сути дела, они вообще не размножаются. Новые PDV образуются только в яичниках самки наездника. Яичники синтезируют PDV точно так же, как любой орган многоклеточного животного синтезирует различные вещества и молекулярные комплексы для внутреннего использования или выведения наружу.

При этом, в отличие от всех нормальных вирусов, PDV не содержат специфических вирусных генов, необходимых для размножения. Поэтому PDV не могут размножаться в организме гусеницы. Не размножаются они и в организме наездника. По сути дела, они вообще не размножаются. Новые PDV образуются только в яичниках самки наездника. Яичники синтезируют PDV точно так же, как любой орган многоклеточного животного синтезирует различные вещества и молекулярные комплексы для внутреннего использования или выведения наружу.

Личинки наездника Cotesia congregata окуклились на выеденной ими изнутри гусенице бабочки Ceratomia catalpae. Фото с сайта www.marietta.edu
Эти удивительные особенности поли-ДНК-вирусов заставляли некоторых экспертов сомневаться в их вирусной природе. Может быть, PDV в действительности являются не вирусами, а специфическими молекулярными комплексами, возникшими в ходе эволюции наездников как одна из адаптаций к паразитизму? Может быть, их внешнее сходство с вирусами случайно?

Генетики из Франции и Швейцарии сообщили в последнем номере журнала Science, что им удалось разгадать загадку поли-ДНК-вирусов и доказать их происхождение от настоящего вируса, который некогда встроился в геном наездника и подвергся «одомашниванию».

Существует две группы PDV, приуроченные к двум семействам наездников: браконидам (браковирусы) и ихневмонидам (ихновирусы). Главным объектом исследования стал PDV из первой группы, синтезируемый наездником Cotesia congregata (Cotesia congregata bracovirus, CcBV), а также два других вида наездников, производящих PDV.

«Геном» CcBV, то есть тот генетический материал, который находится в вирусоподобной частице, состоит из 30 кольцевых двухцепочечных ДНК общей длиной 560 000 пар нуклеотидов (что сравнимо с самыми маленькими бактериальными геномами). Эти молекулы ДНК кодируют белки-иммуносупрессоры, совершенно не похожие на белки известных вирусов. Кольцевые «хромосомы» CcBV изготавливаются из копий фрагментов геномной ДНК наездника.

Гены, необходимые для образования CcBV, в том числе гены белков оболочки этого псевдовируса, отсутствуют в его «геноме». Это, однако, еще не доказывает, что CcBV и другие поли-ДНК-вирусы не являются потомками настоящих вирусов. Чтобы выяснить происхождение PDV, нужно было найти гены, управляющие созданием вирусных частиц. Ясно, что эти гены должны присутствовать в геноме наездника. Если окажется, что эти гены схожи с генами настоящих вирусов, это будет означать, что когда-то в геном наездника встроился вирус, который затем подвергся «одомашниванию». Вирусные гены впоследствии перестали включаться в состав вирусной частицы, но по-прежнему управляют ее формированием.

Поэтому первая задача, которую поставили перед собой исследователи, состояла в том, чтобы выяснить, есть ли в геноме наездника гены вирусного происхождения, которые могут обеспечить создание вирусных частиц. Причем эти гены должны работать (экспрессироваться) исключительно в яичниках, потому что известно, что ни в каких других органах наездника PDV не образуются.

Чтобы понять, какие гены работают в том или ином органе, из него выделяют матричные РНК (мРНК) — первичный продукт активности генов. Анализ мРНК, выделенных из яичников наездников-браконид, позволил выявить 22 активных гена вирусного происхождения, очень похожих на гены нудивирусов — сравнительно малоизученной группы вирусов насекомых.

Но может быть, исследованные наездники просто были заражены каким-то нудивирусом, и это его мРНК обнаружились в яичниках? Чтобы исключить эту возможность, исследователям пришлось отсеквенировать несколько больших фрагментов геномной ДНК наездника. В этих фрагментах обнаружилось 10 встроенных нудивирусных генов, причем пять из них образуют единый кластер (расположены вплотную друг к другу), а остальные разбросаны по геному.

Дальнейшие исследования показали, что экспрессия нудивирусных генов, встроенных в геном наездника, активизируется у самок на стадии куколки, то есть как раз тогда, когда происходит формирование вирусных частиц PDV. Гены работают не во всём яичнике, а только в стенках фолликулов — именно там, где формируются PDV.

Чтобы исключить последние сомнения, авторы исследовали непосредственно сами белки, входящие в состав оболочек PDV (это технически намного сложнее, чем определять последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК). Оказалось, что как минимум шесть из этих белков являются продуктами нудивирусных генов, встроенных в геном наездников-браконид.

Полученные результаты убедительно показали, что поли-ДНК-вирусы браконид являются потомками настоящих вирусов из группы нудивирусов, которые когда-то встроились в геном этих наездников. Вирусы подверглись «одомашниванию», их гены рассеялись по геному наездников и перестали включаться в вирусные частицы, но по-прежнему продолжают работать, обеспечивая сборку этих частиц, которые наполняются теперь совсем другой генетической «начинкой».

Чтобы более детально воссоздать историю этого удивительного симбиоза насекомых и вирусов, авторы предприняли целенаправленный поиск двух наиболее консервативных (мало меняющихся в ходе эволюции) нудивирусных генов в геномах многих разных наездников-браконид, имеющих PDV. Эти наездники образуют монофилетическую (происходящую от одного предка) группу (ее называют «микрогастроидным комплексом») в пределах семейства браконид. К микрогастроидному комплексу относится свыше 17 000 видов наездников. Искомые гены обнаружились у всех исследованных представителей микрогастроидного комплекса.

Авторы пришли к выводу, что около 100 млн лет назад (в середине мелового периода, когда происходила быстрая сопряженная диверсификация цветковых растений и насекомых) в геном наездника — предка микрогастроидного комплекса — встроился нудивирус, который вскоре был одомашнен и стал помогать наездникам справляться с иммунной системой гусениц. Симбиоз с вирусом оказался настолько выгодным, что потомки этого наездника необычайно размножились и дали начало 17 тысячам современных видов.

Уже на самых ранних этапах эволюции симбиотического комплекса «начинка» вирусных частиц была заменена: теперь вместо вирусных генов в них стали упаковываться гены наездника. Любопытно, что в ходе дальнейшей эволюции микрогастроидного комплекса гены «начинки», отвечающие за обезвреживание защитных систем гусеницы, менялись гораздо быстрее, чем «одомашненные» нудивирусные гены, отвечающие за сборку вирусной частицы.

Что же касается ихневмонид — другой группы наездников, применяющих PDV для борьбы с иммунной системой своих жертв, — то в их геноме нудивирусных генов обнаружить не удалось. Авторы предполагают, что ихневмониды вступили в симбиоз с каким-то другим вирусом, относящимся к пока еще не открытой группе вирусов. Есть все основания полагать, что науке пока известна лишь небольшая часть реального разнообразия вирусов насекомых.

Исследование еще раз показало, что симбиоз — в том числе симбиоз животных с вирусами — является одним из важнейших путей формирования эволюционных новшеств. Область приложимости теории симбиогенеза продолжает расширяться.

Источник : Annie Bezier et al. Polydnaviruses of Braconid Wasps Derive from an Ancestral Nudivirus // Science. 2009. V. 323. P. 926–930.

(Александр Марков elementy.ru)

Ещё в разделе

Криминалисты США научились составлять фоторобот по ДНК

Криминалисты США научились составлять фоторобот по ДНК

Соединенные Штаты находятся на пороге настоящего переворота в криминалистике. Ученые осваивают технологию реконструкции внешности человека по генетической карте.

Симбиоз кальмаров со светящимися бактериями зависит от единственного гена

Симбиоз кальмаров со светящимися бактериями зависит от единственного гена

Одни разновидности светящейся бактерии Vibrio fischeri живут в симбиозе с рыбами, другие — с кальмарами. Оказалось, что способность заселять светящиеся органы кальмаров определяется одним-единственным бактериальным геном

Клонированный пиренейский горный козел умер

Клонированный пиренейский горный козел умер

Попытка воскресить вымерший вид провалилась. Революционный эксперимент не удался, но проложил путь к "воскрешению" вымерших существ

Ученые расшифровали геном сорго

Ученые расшифровали геном сорго

Международный коллектив ученых объявил о расшифровке генома сорго - злака, произрастающего в тропических широтах. Статья с описанием их работы появилась в журнале Nature

Ретровирусы помогают своим дальним родственникам встроиться в хозяйский геном

Ретровирусы помогают своим дальним родственникам встроиться в хозяйский геном

Считалось, что из всех РНК-содержащих вирусов только ретровирусы способны синтезировать ДНК на матрице своей РНК и встраиваться в геном хозяйской клетки.

Для сохранения дрозофилы генетики решили переименовать мух

Для сохранения дрозофилы генетики решили переименовать мух

Группа генетиков предложила ввести новую систематику мух рода Drosophila, к которому принадлежит знаменитая плодовая мушка.

Мутация генов в ответе за окрас

Мутация генов в ответе за окрас

Специалисты университета Упсалы (Uppsala University), Швеция, и Даремского университета (Durham University), Великобритания, объяснили, почему домашние животные имеют такой разнообразный окрас.

Ученые составили список существ, которые подлежат воскрешению

Ученые составили список существ, которые подлежат воскрешению

Благодаря восстановлению генома вымерших животных однажды можно будет вернуть к жизни саблезубых тигров, шерстистых носорогов и даже неандертальцев.

Мамонты вымерли из-за близкородственного скрещивания

Мамонты вымерли из-за близкородственного скрещивания

Ученые составили генетическую карту мамонта. Для этого была использована ДНК из шерсти мумифицированного животного. Генетическая последовательность указывает на то, что мамонты гораздо ближе современным слонам, чем считалось раньше.

Японские ученые клонировали умершего 16 лет назад быка-производителя

Японские ученые клонировали умершего 16 лет назад быка-производителя

Ученые НИИ скотоводства японской префектуры Гифу успешно получили клон из замороженной клетки быка, умершего 16 лет назад.

Решена одна из величайших загадок биологии

Решена одна из величайших загадок биологии

Международная группа ученых впервые обнаружила механизм, который контролирует репликацию (удвоение) молекулы ДНК.

Ген кролика помог комнатному растению эффективней очищать воздух

Ген кролика помог комнатному растению эффективней очищать воздух

Ученые из Вашингтонского университета установили, что ген кролика, вставленный в геном комнатного растения, значительно увеличивает его способность поглощать из воздуха вредные для здоровья примести: бензол и хлороформ.

Способны ли клеточные органеллы нагреваться?

Способны ли клеточные органеллы нагреваться?

Группа ученых, в которую вошли представители из нескольких стран смогли осуществить сложный эксперимент. Речь идет об измерении температуры митохондрий в живой клетке. Результаты исследования показали, что температура органелл в процессе работы составляет 50 градусов.

Растения, словно люди, способны устанавливать приоритеты

Растения, словно люди, способны устанавливать приоритеты

Результаты нового исследования показали, что растения, в случае нападения вредителей в первую очередь защищают цветки, а не листья, как было принято считать до настоящего момента. Кроме того, также стало известно, что при одновременном нападении гусениц, тли и патогенных бактерий, главным врагом по определению растения становится гусеница и, именно против нее, прежде всего, активируются защитные механизмы.

Первый полусинтетический организм – миф или реальность

Первый полусинтетический организм – миф или реальность

Научным сотрудникам из института Scripps удалось осуществить уникальный эксперимент. Суть исследования состояла в создании новых нуклеиновых оснований с дальнейшим их вживлением в ДНК. В результате проведения эксперимента генетики создали первую в мире полусинтетическую бактерию.

Теперь и аллигаторы смогут летать

Теперь и аллигаторы смогут летать

Благодаря длительным исследованиям ученые смогли определить гены, которые отвечают за формирование чешуи у рептилий и перьев у птиц. Полученная информация дала возможность вырастить эмбрионы аллигатора с измененными внешними покровами. Конечно, достигнуть положительного результата удалось только при посредстве генетических манипуляций.

В теле нематод выявили уникальный ген

В теле нематод выявили уникальный ген

Специалисты из Калифорнийского университета выяснили, что в нематодах Caenorhabditis elegans присутствует ген, несущий ответственность за кодирование вредного для червя токсина. Ген не считается полезным для червя и не исчезает в процессе естественного отбора, так как отвечает еще и за синтез противоядия, которое необходимо для выживания потомства в теле матери.

Найдены новые микроорганизмы с новым механизмом адаптации

Найдены новые микроорганизмы с новым механизмом адаптации

Американские ученые смогли обнаружить ряд ранее неизвестных организмов, которые постоянно мутируют. Склонность к постоянной мутации зависит от генетического механизма, называемого регенерирующим разнообразием ретроэлемента.

Генетики раскрыли механизм эволюции бактерий

Генетики раскрыли механизм эволюции бактерий

Ученые из Института Броуда и Гарвардского университета смогли найти мутации, которые стимулируют появление бактерий с уникальными свойствами. В частности речь идет об устойчивости к антибиотикам разного типа. Более того, такая устойчивость позволяет микроорганизмам провоцировать неизлечимые патологии.

Американцы создали асоциальных муравьев

Американцы создали асоциальных муравьев

Американские ученые из Рокфеллеровского университета смогли создать уникальных муравьев. В частности речь идет о генетически модифицированных насекомых, которые избегают своих сородичей. Благодаря своему творению, исследователи выяснили, что взаимодействие муравьев между собой, а затем дальнейшее формирование колонии происходит при посредстве обонятельных рецепторов, находящихся в усиках.

Оценка: