Как черви-паразиты заставляют уховёрток идти к воде? Объяснение учёных
Когда уховёртка, заражённая нематодой Mermis nigrescens, начинает искать открытую воду, в её теле меняется активность более 1200 генов, а у паразита — почти 5000. Такой вывод сделали биологи из Университета Отаго, Университета Британской Колумбии и Брауновского университета. Это не грубый захват нервной системы, а тонкий молекулярный процесс, в котором обе стороны участвуют почти синхронно.
Паразит, который ведёт хозяина к воде
Европейские уховёртки — обычные обитатели влажных укрытий, но открытой воды они сторонятся. Исключение — заражённые особи: они уверенно направляются к лужам, прудам или канавам, где червь выходит из тела насекомого и продолжает размножение. Поведение давно известно энтомологам, однако его механизм оставался загадкой.
Похожую картину наблюдают в Новой Зеландии: крупные насекомые уэта иногда гибнут в лужах, а из их тел выходят нитевидные волосатики. Нил Геммелл, один из авторов работы, вспоминает, что именно во время походов находил такие экземпляры и каждый раз спрашивал себя: как крошечному червю удаётся заставить крупное насекомое совершить гибельный марш-бросок к воде?
Уховёртки оказались удобнее для лабораторных экспериментов, чем уэта. Они меньше по размеру, быстрее размножаются и легче поддаются заражению в искусственных условиях. Поэтому исследователи собрали несколько групп насекомых — здоровых и заражённых на ранних и поздних стадиях — и сравнили их между собой.
Как генетики увидели молекулярный диалог
Для анализа учёные применили RNA-секвенирование — технологию, которая показывает, какие гены активны в клетках в конкретный момент. У здоровых и инфицированных насекомых они зафиксировали работу 12 876 генов уховёртки и 9 722 генов нематоды. Это позволило разложить взаимодействие паразита и хозяина на молекулярные события.
В момент перехода к водному поведению у насекомого усиливалась активность 673 генов, а у червя — 2 672 генов; 593 гена уховёртки и 2 293 гена паразита, наоборот, затихали. Такая согласованность говорит о том, что оба организма включены в общий процесс. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Геммелл подчёркивает: паразит не просто подавляет защитные силы хозяина. Он действует тоньше — переключает определённые гены насекомого и меняет его восприятие внешней среды. По-видимому, в природе есть и другие примеры подобных «молекулярных бесед», и теперь у биологов есть инструмент, чтобы их изучать.
Сенсорные пути включаются, паразит секретирует
Самое любопытное — распределение ролей. У заражённых уховёрток активировались гены, связанные с сенсорными рецепторами и передачей сигналов в нервной системе. Нематода же включала гены транспорта и секреции, которые, вероятно, отвечают за производство веществ, влияющих на поведение хозяина.
«Мы обнаружили, что уховёртки повышают активность генов, связанных с сенсорными и сигнальными путями, а нематоды активируют гены транспорта и секреции», — говорит Геммелл.
Это напоминает диалог, а не битву. Нематода выделяет некие молекулы, уховёртка отвечает изменением сенсорной настройки, и в какой-то момент избегание воды сменяется стремлением к ней. Какие именно белки участвуют в этом процессе, пока неизвестно, но теперь понятно, где искать.
Почему это открытие меняет взгляд на паразитов
Работа выводит исследования манипуляции паразитами на новый уровень. Раньше биологи изучали в основном видимые признаки: цвет, запах, двигательную активность хозяина. Теперь появляется возможность наблюдать, как на генетическом уровне меняются оба организма и как эти изменения связаны во времени.
Авторы не скрывают, что продолжение работы требует финансирования, а для фундаментальной науки это всегда непросто. Но они уже планируют эксперименты на новозеландских уэта и волосатиках. В этих случаях в теле одного хозяина часто живёт несколько червей, и картина взаимодействия становится ещё сложнее.
А что, если внутри уэта происходит нечто вроде семейных переговоров? Когда первый червь выходит наружу, остальные оказываются под угрозой. Близкие родственники могли бы «договориться» и действовать так, чтобы выжил хотя бы один носитель общих генов. Проверить эту гипотезу трудно, но заманчиво. Возможно, в следующих публикациях авторы покажут, что роковой поход насекомого к воде — результат сложного согласования интересов между родственными червями.
