В то время как человечество делает первые шаги в развитии генной терапии, выяснилось, что ее метод давно применили насекомые из подотряда стебельчатобрюхих, известные под названием наездники.
Как хорошо знали биологи и раньше, наездники с помощью своего длинного острого яйцеклада откладывают яйца в тело других насекомых, например, гусениц. В конце концов, личинки наездника, развиваясь в теле хозяина, губят его. Но, как выяснилось недавно, гусеницы также получили от наездников вирус, содержащий генетическую конструкцию, которая защищает гусеницу от другого, смертельного для нее вируса.
Обнаружил это Жан-Мишель Дрезан (Jean-Michel Drezen) из Университета имени Франсуа Рабле во французском городе Туре. Он изучает нюансы взаимоотношений наездников и гусениц в течение десятилетий. Особый интерес для него представляют вирусы из рода Bracovirus, который около 190 миллионов лет назад вступил в симбиоз с наездниками из семейства браконид (Braconidae). Сейчас известно 32 вида этих вирусов. Вирус содержится в организме наездника, а в момент откладки яиц попадает в гусеницу. Там вирусные гены подавляют действие иммунной системы гусеницы, что позволяет яйцам и личинкам наездника спокойно развиваться внутри ее организма. Действие вируса на клетки иммунной системы заключается в разрушении цитоскелета – динамического каркаса в виде сети из нитей и трубочек, который обеспечивает перемещение веществ и органоидов клетки («внутриклеточный транспорт») и ее деление. Как показали исследования на примере наездника Cotesia congregata, в ДНК самцов наездников присутствуют гены, блокирующие развитие вируса, так что он имеется только у наездников-самок, которым предстоит отложить яйца.
Но, когда Дрезан обнаружил, что гусеницы используют фрагменты вирусной ДНК, он был весьма удивлен. «Я не мог в это поверить, – говорит ученый, – мы совсем не ожидали этого». Чтобы понять взаимодействие между вирусом, гусеницей и наездником Жан-Мишель Дрезан и его коллеги проанализировали базу данных ДНК нескольких видов бабочек в поисках фрагментов ДНК браковирусов. И им удалось найти несколько нуклеотидных последовательностей, подобных сегменту ДНК вируса. Видимо, в эволюционной истории были редкие случаи, когда зараженная наездником гусеница выживала, превращалась в бабочку и давала потомство, от которого происходили линии бабочек с вирусным фрагментом в геноме.
Затем исследователи перешли от изучения компьютерной базы данных к выделению ДНК из насекомых. Здесь им удалось не только обнаружить фрагменты ДНК вируса в геноме бабочек, но и обнаружить еще более интересный факт. Оказывается, иногда браковирусы захватывают гены из генома своего первоначального хозяина наездника, а потом встраивают их в геном гусеницы. Определив, что гены вируса и наездника были активны в организме гусениц и передавались на протяжении многих поколений (гусеницы получили их примерно 100 миллионов лет назад), исследователи задумались над их ролью в жизни насекомого.
Карта генетических последовательностей браковирусов в геноме бабочек
Дальнейшие исследования, проведенные как на клеточных культурах, так и на живых насекомых показали, что два из полученных генов обеспечивают гусеницам защиту от другой группы вирусов – бакуловирусов (семейство Baculoviridae). Эти вирусы заражают гусениц и других насекомых, как правило, когда те едят растения. Попав в организм, бакуловирусы вызывают быстротечное заболевание, которое кончается гибелью насекомого. В некоторых случаях вирус остается внутри насекомого в неактивном состоянии, тогда он способен передаваться от родителей к потомству на протяжении поколений, пока не активизируется.
Дрезан и его коллеги продемонстрировали, что те же самые гены браковирусов, которые оказывают разрушительное действие на цитоскелет в клетках гусеницы, препятствуют размножению в ее организме бакуловирусов. При этом браковирус может несколько нарушить функционирование цитоскелета, но это не оказывается фатальным для гусеницы. Зато она становится защищенной от куда более серьезной опасности.
Авторы заключают, что ряд видов бабочек из-за получения ими фрагментов генома вируса и наездника, оказываются природными генетически модифицированными организмами. Ранее такой тип переноса генов наблюдался в природе преимущественно у бактерий, которые, например, делятся друг с другом генами, обеспечивающими устойчивость к антибиотикам. Ученые говорят, что это открытие должно напомнить нам о двух вещах: что генетически модифицированные организмы встречаются в природе, и что у любого гена в экосистеме есть потенциал для распространения между видами.
Результаты исследования опубликованы в электронном научном журнале PLOS Genetics.
