Гени паразитичних наїзників подорожують у геном гусениць за допомогою вірусів-перевізників, які допомагають наїзникам заражати своїх жертв.
Так вже вийшло, що більшість людей відносяться до генетичних модифікацій і генетично модифікованих організмів у кращому випадку з настороженістю. Однак у природі такі модифікації - звичайна справа. Наприклад, бактерії та археї широко практикують так зване горизонтальне перенесення генів (ДПГ), коли якась послідовність ДНК переходить не у спадок від батька до нащадка, а від однієї бактеріальної клітини до іншої поза процесом розмноження. Бактерії можуть передавати і приймати чужу ДНК в процесі кон'югації один з одним, або ж коли одна клітина поглинає іншу, або ж просто підбираючи з навколишнього середовища ДНК, що залишилася від іншої клітини. Масштаби і важливість ДПГ важко переоцінити, адже багато в чому саме завдяки горизонтальному перенесенню генів бактерії забезпечують собі генетичне розмаїття і тому можуть пристосовуватися до мінливих умов, освоювати нові субстрати тощо. Але що таке горизонтальне перенесення, як не генна модифікація?
Що ж до еукаріот, до яких належать тварини, рослини, гриби, то до недавнього часу вважалося, що у них ГПГ трапляється дуже рідко, якщо взагалі відбувається. Але потім почали накопичуватися дані на користь того, що горизонтальне перенесення йде і у еукаріотичних організмів, причому у різних груп. Наприклад, гриби, що живуть на корінні рослин, не менше 15 разів за свою історію набували гени ґрунтових бактерій, більше того - саме бактеріальні гени допомогли грибам освоїти нову нішу у вигляді рослинних кореневих систем. А в березні цього року ми писали про відкриття біологів з Кембриджу, які знайшли в геномі людини майже півтори сотні генів, що потрапили до нас від бактерій або від одноклітинних еукаріот.
Але чи є приклади, коли перенесення генів здійснюється між більш-менш рівними «партнерами», однаковими в сенсі складності організації, еволюційного положення і т. д.? Саме такий випадок описують у PLOS Genetics Сальвадор Херреро (Salvador Herrero) і його колеги з Університету Валенсії та Університету Франсуа Рабле в Туре. Вивчаючи взаємини іхневмоноїдних наїзників із сімейства браконид і метеликів, на яких вони паразитують, дослідники виявили в метеликах гени, які з великою ймовірністю перейшли до них від наїзників.
Наїзники досягли надзвичайної майстерності в паразитизмі, освоївши в якості господарів чи не всі інші групи комах. Самі вони зовні нагадують ос, разом з якими ставляться до загону Перепончатокрилих, так що наїзників часто називають ще паразитичними (або паразитоїдними) осами. Протикаючи яйцекладом покриви жертви, вони відкладають в неї яйця (буває, втім, що яйце прикріплюється просто на поверхню тіла); личинка, з'явившись на світ, харчується в буквальному сенсі живим м'ясом. Але організм жертви опирається вторгненню - починається імунна реакція, яка повинна знешкодити, знищити яйця паразита. У відповідь наїзники використовують різні хитрощі, щоб приспати чужі захисні системи. Так, бракониди, що паразитують на гусеницях, вводять їм порцію браковірусів, переважного імунітет гусениць.
Співпраця наїзників з вірусами триває вже близько 100 млн років, і, мабуть, цього часу виявилося достатньо, щоб вірус «перевіз» деякі гени від паразита до господаря. Дослідники знайшли в геномі тютюнового бражника Manduca sexta гени вірусу, який використовує наїзник Cotesia congregate, що паразитує на гусеницях бражника. Згодом виявилося, що ті ж гени можна знайти і в інших метеликах, зокрема, в тутовому шовкопряді і метелику-монарху, до яких наїзник не має ніякого відношення.
Браковіруси вбудовуються в геном наїзників; очевидно, коли з вбудованої вірусної послідовності робиться чергова копія ДНК, яка потім запаковується у вірусну частинку, то заодно до вірусної ДНК можуть «підшиватися» власні гени наїзників. Потім такий вірус відправляється в гусеницю, де він, як було сказано, пригнічує імунітет жертви, і, крім того, налаштовує метаболізм і розвиток гусениці так, щоб личинка наїзника відчувала себе найбільш комфортно. Але при цьому вірусні гени можуть вбудовуватися в ДНК гусениці. Якщо вони виявляться корисними, або хоча б нешкідливими, будь то гени вірусу або гени наїзника, які прибули «в комплекті» з вірусом, вони залишаться в гусениці. Але ж личинка наїзника доводить гусеницю до смерті, що означає, що не буде ніякого метелика і ніякого потомства від нього, якому могли б перейти «одомашнені» чужі гени.
Тут дослідники пропонують наступне пояснення: наїзники не надто уважно обирають жертву, і тому часто відкладають яйця не в свій вигляд гусениць. Однак найбільш успішне зараження може бути тільки зі «своїми» гусеницями, «чужі» ж можуть досить успішно позбавлятися від яєць паразита. Але позбувшись яєць, вони, тим не менше, зберігають у собі вірус. З іншого боку, «свої» гусениці теж можуть час від часу позбавлятися від паразитичних личинок, якщо імуносупресорний вірус не спрацьовує, як треба. У результаті виходить перенесення генів від однієї групи комах до іншої за допомогою вірусу - подібно до того, як це відбувається в біотехнологічних лабораторіях, де для такої мети теж використовують вірусних транспорт.
Строго кажучи, тут є й інша можливість: один і той же ген передається від вірусу (який десь його взяв) і метеликам, і наїзникам. Але в деяких випадках, як пишуть автори дослідження, гени, принесені в метеликів разом з вірусом, мали чіткі ознаки приналежності наїзникам - тобто вірус тут все-таки був посередником між тими й іншими. Деякі з генів виявилися досить корисними: один з них підвищував стійкість метеликів до бакуловірусів, одним з найпоширеніших патогенів комах.
Наїзникам така генетична модифікація гусениць може бути частково вигідна: якщо ген від їхнього вірусу допомагає метеликам протистояти бакуловірусній інфекції, то тим більше буде гусениць, і тим більше у наїзників буде шансів залишити потомство. Однак для того, щоб перевірити, наскільки подібна генетична операція виявляється корисною для метеликів, потрібно провести прямі експерименти з вимкненням привнесеного гена і зараженням таких гусениць бакуловірусним патогеном.
За часом перенесення генів між наїзниками, вірусом і гусеницями сталося 5 млн років тому. Виникає природне питання, чи відбувалися схожі події раніше або пізніше цього часу, які ще наїзники опинялися в роді мимовільних біотехнологів (всього видів наїзників існує близько 100 тисяч), і чи має місце горизонтальне перенесення генів між іншими комахами? У отриманих результатів є і практичні слідства - справа в тому, що зараз багато хто пропонує постачати наїзників генами стійкості до інсектицидів. Мовляв, після такої операції шкідників можна буде труїти без остраху викликати загибель корисних комах. Однак, якщо такий ген перейде до гусениць, то, крім інсектицидостійких наїзників, у нас з'являться й інсектицидостійкі шкідники.
За матеріалами The Scientist.