Бактерии могут повысить плодовитость насекомого-хозяина с последующими последствиями для борьбы с болезнями.

Комары и другие насекомые могут переносить такие заболевания человека, как лихорадка денге и вирус Зика, но когда они заражаются определенными штаммами бактерий. ВольбахияЭти бактерии снижают уровень заболеваний у своих хозяев. В настоящее время люди используют это в своих интересах, чтобы контролировать популяции вредоносных вирусов по всему миру.

Новое исследование, проведенное в Калифорнийском университете в Санта-Крус, показывает, как бактерии испытывают стресс. Вольбахия бипинтис Он также повышает плодовитость насекомых, которых он заражает, и эта идея может помочь ученым увеличить популяцию комаров, которые не являются переносчиками заболеваний человека.

«При использовании подхода замены популяции насекомых они сохраняют всех комаров и просто добавляют Вольбахия «Эти комары переносят меньше вирусов и передают их людям, когда их кусают — и это работает очень хорошо», — сказала Шелби Рассел, доцент кафедры биомолекулярной инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, возглавлявшая исследование. «Если есть какие-то льготы по рождаемости Вольбахия Они могут развиваться с течением времени, а затем мы можем использовать их для отбора большего количества комаров, которые препятствуют передаче вируса.

Эти результаты подробно описаны в A. Новая бумага Под руководством Рассела, опубликовано сегодня в журнале PLOS Biology. Профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития Университета Южной Калифорнии Уильям Салливан является ведущим автором этой статьи.

Люди и Вольбахия

Различные штаммы бактерий Wolbachia естественным образом заражают множество различных животных по всему миру, таких как комары, бабочки и плодовые мухи. После заражения насекомого бактерии могут контролировать размножение и развитие своего хозяина, увеличивая его популяцию. Люди пользуются этим, чтобы контролировать популяцию насекомых, которые переносят угрожающие нам болезни.

Вольбахия Они разработали механизм отравления спермы инфицированных самцов: если самец спаривается с незараженной самкой, большая часть потенциального потомства погибает при первом делении клеток, а остальные теряются вскоре после этого. Люди воспользовались этим, чтобы уничтожить популяции насекомых.

Однако исследования показывают, что как только будет убито как можно больше неинфицированных хозяев, Вольбахия Переключение своей эволюционной стратегии на увеличение уровня популяции зараженных хозяев. Понимание того, как это происходит, важно, чтобы избежать непредвиденных последствий усилий человека по контролю над популяциями насекомых.

«Нам необходимо понять все эти факторы и их эволюционный потенциал, если мы хотим выпустить бактерии в новые экосистемы», — сказал Рассел. «Он развивается в реальном времени, поэтому нам нужно понять, куда движутся эти траектории».

Помимо предотвращения болезней, эффективным механизмом обеспечения безопасности урожая в условиях изменения климата может стать контроль над популяциями насекомых и их распространением через бактерии.

Понимание повышения рождаемости

Новые результаты показывают, что Вольбахия бипинтис, которые являются домом для плодовых мух, эволюционировали, чтобы увеличить плодовитость и, следовательно, размер популяции хозяина плодовой мухи. Предыдущие исследования показали, что Вольбахия бипинтис Он достигает этого, манипулируя белком мейотического P26 у плодовых мух, который влияет на фертильность, но как именно это происходит, неясно.

Чтобы исследовать это, Рассел и ее коллеги вывели плодовых мушек с различными дефектами, которые влияют на Mei-P26, что приводит к снижению плодовитости. Эти дефекты иногда возникают естественным образом в дикой природе, но их трудно отследить в этой среде. Затем исследователи изучили, что произошло, когда они заразили мух. Вольбахия бипинтис.

Они нашли это Вольбахия Инфекция восстановила плодовитость плодовых мух, позволив им производить больше потомства, чем неинфицированные мухи. И исследователи обнаружили, что Вольбахия По сути, он может устранить генетические дефекты своего хозяина, которые могут привести к вымиранию популяции. тот Вольбахия Сохранение популяции хозяев с помощью нескольких стратегий, включая восстановление стволовых клеток дрозофилы и обеспечение правильного развития яйцеклеток.

В других экспериментах исследователи также обнаружили, что помимо спасения дефектных плодовых мух… Вольбахия бипинтис Инфекция также улучшает здоровье и плодовитость плодовых мух без каких-либо дефектов, что приводит к более высокой откладке яиц и вылуплению этих насекомых.

Вольбахия в лаборатории

Рассел сосредоточил свое внимание на Вольбахия Потому что их и их хозяев-дрозофил относительно легко содержать и размножать в лаборатории. Часто, когда учёные изучают бактерии, их усилиям мешает сложность поддержания жизни хозяина, бактерии или того и другого в лабораторных условиях — даже исследования обычных бактерий, важных для человека, таких как Хламидии Замедлил из-за этой проблемы. Вольбахия Их хозяева-дрозофилы предоставляют редкую возможность понять, как бактерии могут изменять ДНК и биологические процессы своего хозяина.

«Изучая эту систему, я могу многое узнать о том, как функционируют эти чужеродные бактерии и как они интегрируются с биологией хозяина», — сказал Рассел. «Бактерии способны проникать в эти эукариотические организмы и использовать некоторые из тех механизмов, для которых у их предков даже не было генов. В целом это действительно классная вещь, и здорово, что мы можем воспользоваться этим в биоконтроле. Приложения.»

Рассел и ее лаборатория продолжат концентрироваться на конкретных изменениях, происходящих в геноме и экспрессии генов видов-хозяев, и рассматривать преимущества рождаемости, которые Вольбахия Они могут принести его своим хозяевам из других групп насекомых.

Рассел руководила этим исследованием в основном во время своей работы в качестве постдокторанта в Лаборатория СалливанаГде это поддерживалось раньше Постдокторская стипендия канцлера Калифорнийского университета в Санта-Крусе И финансирование от Национальных институтов здравоохранения.