Малярийный плазмодий на комариной свадьбе

Вся­кий самец в пери­од раз­мно­же­ния вынуж­ден при­ни­мать в рас­чет сопер­ни­ков. Маля­рий­ные кома­ры Anopheles gambiae выра­бо­та­ли уди­ви­тель­ное брач­ное при­спо­соб­ле­ние, бла­го­да­ря кото­ро­му сам­ки после спа­ри­ва­ния теря­ют инте­рес к дру­гим сам­цам и физи­че­скую воз­мож­ность повтор­но­го опло­до­тво­ре­ния. От это­го кома­ры полу­ча­ют неко­то­рые пре­иму­ще­ства, а люди — повы­шен­ную веро­ят­ность зара­зить­ся маля­ри­ей.

Раз­мно­же­ние кро­во­со­су­щих кома­ров родов Anopheles и Aedes про­ис­хо­дит по сход­но­му сце­на­рию. После опло­до­тво­ре­ния спер­ма попа­да­ет в осо­бый орган, спер­ма­те­ку, где и хра­нит­ся, пока не при­дет вре­мя опло­до­тво­рять яйце­клет­ки. Сами яйце­клет­ки еще не дозре­ли, этот про­цесс про­ис­хо­дит после спа­ри­ва­ния. Преж­де все­го сам­ка долж­на напить­ся кро­ви, и тогда ее яич­ни­ки начи­на­ют выра­ба­ты­вать гор­мон экди­зон, кото­рый пре­вра­ща­ет­ся в 20-гид­рок­си­эк­ди­зон (20Е). Гор­мон 20Е, в свою оче­редь, запус­ка­ет про­цес­сы обра­зо­ва­ния желт­ка и созре­ва­ния яиц. Маля­рий­ные кома­ры A. gambiae выде­ля­ют­ся дву­мя осо­бен­но­стя­ми: их сам­ки, в отли­чие от самок дру­гих видов, спа­ри­ва­ют­ся толь­ко раз в жиз­ни, а сам­цы при этом, как обна­ру­жи­ли уче­ные из Уни­вер­си­те­та Пье­ра и Марии Кюри, син­те­зи­ру­ют «жен­ский» гор­мон 20Е [1].

Малярийные комары Anopheles gambiae (самка справа). Изображение www.fotografonaturalista.com/anopheles

Маля­рий­ные кома­ры Anopheles gambiae (сам­ка спра­ва).
Изоб­ра­же­ние www.fotografonaturalista.com/anopheles

Про­бле­мой раз­мно­же­ния маля­рий­но­го кома­ра вплот­ную заня­лась меж­ду­на­род­ная груп­па иссле­до­ва­те­лей под руко­вод­ством Фла­ми­нии Кат­те­руч­ча (Flaminia Catteruccia), кото­рая воз­глав­ля­ет лабо­ра­то­рию в Шко­ле здра­во­охра­не­ния Гар­вард­ско­го уни­вер­си­те­та и пре­по­да­ет в Уни­вер­си­те­те Перуд­жи (Ита­лия). Уче­ные выяс­ни­ли, что 20Е дей­стви­тель­но син­те­зи­ру­ет­ся в орга­низ­ме сам­цов, но не в семен­ни­ках, а в при­да­точ­ных желе­зах (male accessory glands). Эти желе­зы выде­ля­ют про­дук­ты, кото­рые сме­ши­ва­ют­ся со спер­мой, защи­ща­ют и кон­сер­ви­ру­ют ее. Во вре­мя копу­ля­ции гор­мон вме­сте со спер­мой и дру­ги­ми бел­ка­ми при­да­точ­ных желез попа­да­ет в репро­дук­тив­ный тракт сам­ки, там сек­рет коа­гу­ли­ру­ет и обра­зу­ет жела­ти­ни­стую проб­ку, кото­рая рас­са­сы­ва­ет­ся через 1–2 дня. Но за это вре­мя у самок раз­ви­ва­ет­ся есте­ствен­ная невос­при­им­чи­вость к повтор­но­му спа­ри­ва­нию, как пра­ви­ло, пожиз­нен­ная [2].

Моле­ку­ляр­ный меха­низм иссле­до­ва­те­ли сей­час деталь­но раз­би­ра­ют, но общая кар­ти­на выгля­дит сле­ду­ю­щим обра­зом. Полу­чен­ный от сам­ца 20Е сти­му­ли­ру­ет син­тез бел­ка MISO (mating-induced stimulator of oogenesis) в поло­вых путях сам­ки. Имен­но этот белок регу­ли­ру­ет даль­ней­шие изме­не­ния ее физио­ло­гии и пере­клю­че­ние на раз­ви­тие и откла­ды­ва­ние яиц. Опло­до­тво­рен­ные кома­ри­хи, не син­те­зи­ру­ю­щие MISO, не могут сфор­ми­ро­вать яйца, даже если напьют­ся кро­ви.

Иссле­до­ва­те­ли уста­но­ви­ли, что 20Е и MISO вли­я­ют на гены, кон­тро­ли­ру­ю­щие цитос­ке­лет и рабо­ту мышц в ниж­нем отде­ле поло­во­го трак­та самок, бла­го­да­ря чему повтор­ное опло­до­тво­ре­ние ста­но­вит­ся физи­че­ски невоз­мож­ным. Не исклю­че­но, конеч­но, что сам­ки после копу­ля­ции про­сто меня­ют пове­де­ние, напри­мер, поки­да­ют рой, где встре­ча­ют­ся с сам­ца­ми. Но веро­ят­ность таких изме­не­ний неве­ли­ка. Уче­ные про­во­ди­ли лабо­ра­тор­ные экс­пе­ри­мен­ты по при­ну­ди­тель­но­му спа­ри­ва­нию кома­ров. Сам­ки при этом были обез­дви­же­ны. После повтор­ной копу­ля­ции проб­ку (а у самок A. gambiae она —при­знак про­изо­шед­ше­го опло­до­тво­ре­ния) обна­ру­жи­ли толь­ко у 9% кома­рих, а у самок, кото­рых в пер­вый раз спа­ри­ли с сам­ца­ми, не син­те­зи­ру­ю­щи­ми 20Е, повтор­ное опло­до­тво­ре­ние про­изо­шло у 33%. Так что дело, оче­вид­но, не толь­ко в пове­де­нии.

Сам­цы A. gambiae полу­ча­ют от тако­го меха­низ­ма раз­мно­же­ния несо­мнен­ную выго­ду, посколь­ку устра­ня­ют кон­ку­рен­тов. Но бел­ки, сти­му­ли­ру­ю­щие раз­ви­тие яиц, в то же вре­мя ослаб­ля­ют врож­ден­ный имму­ни­тет самок, что уве­ли­чи­ва­ет их вос­при­им­чи­вость к маля­рий­но­му плаз­мо­дию. Так в резуль­та­те осо­бен­но­стей раз­мно­же­ния A. gambiae ста­но­вят­ся иде­аль­ны­ми пере­нос­чи­ка­ми маля­рии.

A. gambiae не един­ствен­ный пере­нос­чик маля­рии из рода Anopheles, хотя и самый изу­чен­ный. Иссле­до­ва­те­ли про­ве­ри­ли, как раз­мно­жа­ют­ся дру­гие пред­ста­ви­те­ли рода, фор­ми­ру­ют ли проб­ки, начи­нен­ные гор­мо­ном, и свя­за­но ли обра­зо­ва­ние проб­ки со спо­соб­но­стью рас­про­стра­нять маля­рию. Они скре­щи­ва­ли пред­ста­ви­те­лей девя­ти видов маля­рий­ных кома­ров [3]. Ока­за­лось, что у трех афри­кан­ских видов (A. gambiae, A. arabiensis и A. funestus), а так­же одно­го индий­ско­го (А. stephensi) обра­зу­ют­ся плот­ные проб­ки. У ази­ат­ских видов (A. farauti, A. dirus и A. sinensis) и евро­пей­ско­го A. atroparvus проб­ки более аморф­ные и не такие ком­пакт­ные. У аме­ри­кан­ско­го вида A. albimanus проб­ки не обра­зу­ют­ся. Раз­мер и плот­ность проб­ки соот­но­сит­ся с коли­че­ством сам­цо­во­го 20Е. Все виды, обра­зу­ю­щие плот­ные проб­ки, син­те­зи­ру­ют мно­го это­го гор­мо­на (око­ло 200 пико­грамм на желе­зы), два вида с аморф­ны­ми проб­ка­ми (A. dirus и A. farauti) син­те­зи­ру­ют менее 100 пг, а у A. sinensis , A. atroparvus и «бес­про­боч­но­го» A. albimanus гор­мо­на в желе­зах менее 20 пг.

Иссле­до­ва­те­лям уда­лось захва­тить момент копу­ля­ции у пяти видов кома­ров и вскрыть самок сра­зу после спа­ри­ва­ния. Они обна­ру­жи­ли, что во всех слу­ча­ях сам­цы при копу­ля­ции пере­да­ва­ли им при­мер­но поло­ви­ну сво­е­го гор­мо­на, за исклю­че­ни­ем A. arabiensis, кото­рый впрыс­ки­ва­ет в сам­ку всё, что име­ет. Уче­ные пред­по­ло­жи­ли, что пере­да­ча 20Е при копу­ля­ции про­ис­хо­дит и у дру­гих ано­фе­ле­сов.

Фило­ге­не­ти­че­ский ана­лиз рода ано­фе­ле­сов пока­зал, что общий пре­док Anopheles про­бок не обра­зо­вы­вал и 20Е не син­те­зи­ро­вал. Эти осо­бен­но­сти воз­ник­ли у сам­цов после того, как ветвь A. albimanus отде­ли­лась от осталь­ных око­ло 100 млн лет назад. Сна­ча­ла появи­лись проб­ки — аморф­ные, затем плот­ные, — и вско­ре после это­го сам­цы нача­ли син­те­зи­ро­вать 20Е. Ревер­сии при­зна­ка уче­ные не обна­ру­жи­ли.

Эво­лю­ция про­ти­во­по­лож­но­го пола про­хо­ди­ла парал­лель­но: вско­ре после того, как сам­цы обре­та­ли 20Е, у самок появ­лял­ся белок MISO, а так­же сокра­щал­ся уро­вень соб­ствен­но­го 20Е, обра­зу­ю­ще­го­ся после питья кро­ви. Чем боль­ше гор­мо­на они полу­ча­ют от сам­цов, тем мень­ше син­те­зи­ру­ют сами. Оче­вид­но, раз­мно­же­ние, в кото­ром задей­ство­ва­на начи­нен­ная гор­мо­ном проб­ка и MISO, вли­я­ет на спо­соб­ность кома­ров слу­жить пере­нос­чи­ка­ми маля­рий­ных плаз­мо­ди­ев. Имен­но те четы­ре вида, кото­рые об-разу­ют плот­ные проб­ки с высо­ким содер­жа­ни­ем 20Е, слу­жат основ­ны­ми рас­про­стра­ни­те­ля­ми маля­рии в Афри­ке и Индии, рай­о­нах с наи­выс­ши­ми уров­ня­ми это­го забо­ле­ва­ния. Но тот же «вре­до­нос­ный» 20Е, регу­ли­ру­ю­щий био­ло­гию маля­рий­но­го кома­ра после спа­ри­ва­ния, иссле­до­ва­те­ли пред­ла­га­ют исполь­зо­вать для кон­тро­ля за чис­лен­но­стью этих насе­ко­мых [4].

В лабо­ра­то­рии сотруд­ни­ки Фла­ми­нии Кат­те­руч­ча дела­ли инъ­ек­ции 20Е дев­ствен­ным сам­кам кома­ров A. gambiae и A. arabiensis, кото­рые в есте­ствен­ных усло­ви­ях полу­ча­ют мно­го гор­мо­на при копу­ля­ции. Полу­чив пор­цию 20Е и попив кро­ви, девы теря­ли инте­рес к копу­ля­ции и откла­ды­ва­ли сте­риль­ные яйца. Дли­тель­ность невос­при­им­чи­во­сти к повтор­но­му спа­ри­ва­нию зави­се­ла от полу­чен­ной дозы гор­мо­на. На самок A. albimanus, кото­рые в есте­ствен­ных усло­ви­ях проб­ку вооб­ще не обра­зу­ют, инъ­ек­ции не подей­ство­ва­ли. Иссле­до­ва­те­ли пола­га­ют, что если подо­брать веще­ства, дей­ству­ю­щие на самок маля­рий­ных кома­ров подоб­но 20Е, и исполь­зо­вать эти сте­ри­ли­зу­ю­щие соеди­не­ния, воз­мож­но, в ком­би­на­ции с инсек­ти­ци­да­ми, эти меры мог­ли бы поспо­соб­ство­вать сокра­ще­нию попу­ля­ции маля­рий­ных кома­ров.

1. Pondeville E., Maria A., Jacques J.C., Bourgouin C., Dauphin-Villemant C. Anopheles gambiaemales produce and transfer the vitellogenic steroid hormone 20-hydroxyecdysone to females during mating /​/​ Proceedings of the National Academy of Sciences (2008), 105, 19631–6. doi: 10.1073/pnas.0809264105

2. Baldini F., Gabrieli P., South A., Valim C., Mancini F., et al. The Interaction between a Sexually Transferred Steroid Hormone and a Female Protein Regulates Oogenesis in the Malaria Mosquito Anopheles gambiae /​/​ PLoS Biology (2013), 11(10): e1001695. doi:10.1371/journal.pbio.1001695

3. Mitchell S. N., Kakani E. G., South A., Howell P. I., Waterhouse R. M., Catteruccia F. Evolution of sexual traits influencing vectorial capacity in anopheline mosquitoes /​/​ Science (2015), 347, 985 — 988, doi:10.1126/science.1259435

4. Gabrielia P., Kakania E.G., Mitchell S.N., Mamelia E.,. Wantd E.J. et al. Sexual transfer of the steroid hormone 20E induces the postmating switch in Anopheles gambiae /​/​ Proceedings of the National Academy of Sciences (2014), 111, 16353–16358, doi:10.1073/pnas.1410488111

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , ,

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *