Биологи из России раскрыли секреты самых живучих комаров на Земле
Российские и японские биологи раскрыли секрет невероятной живучести африканских комаров, чьи личинки могут полностью высушивать себя во время засухи и затем "воскрешаться" при наступлении сезона дождей, и опубликовали его в журнале PNAS.
"Этот комар фактически 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 Polypedilum vanderplanki и Polypedilum 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 Polypedilum 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 Polypedilum 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.
