Skradzione geny umożliwiają pasożytom kontrolę nad zachowaniem żywiciela

Sposób, w jaki pasożyty potrafią manipulować swoimi żywicielami, od dawna intryguje naukowców. Japońscy uczeni w niedawno opublikowanych badaniach zasugerowali, że niektóre z pasożytów posiadają setki genów, które pozwalają im przejąć kontrolę nad ruchem żywiciela. Co więcej, geny te mogły nabyć bezpośrednio od swoich niczego nieświadomych gospodarzy.

Rezultaty oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "Current Biology" (DOI: 10.1016/j.cub.2023.09.052).

Wiele pasożytów manipuluje zachowaniem swoich żywicieli, aby zapewnić sobie przetrwanie i zdolność do reprodukcji. Nitnikowce (Chordodes formosanus) stanowią jeden z najbardziej wyrafinowanych przykładów tego typu kontroli zachowania. To powszechnie występujące stworzenia spokrewnione z nicieniami i zwykle można je spotkać w zbiornikach wodnych lub na ich obrzeżach w wilgotnej glebie. Mają nitkowate, długie ciała przypominające makaron. W postaci larwalnej prowadzą pasożytniczy tryb życia, zwykle u owadów lądowych, ale dorosłe osobniki żyją wolno w morzach i śródlądowych zbiornikach wodnych.

Nitnikowce przychodzą na świat w wodzie i wykorzystują owady związane ze środowiskiem wodnym, takie jak jętki, w roli autostopu, by dostać się na ląd. Tam czekają, aż pokusi się na nie jakiś świerszcz czy modliszka. Gdy larwa dostanie się do żywiciela, zaczyna rosnąć i manipuluje zachowaniem swojego gospodarza. Gdy już osiągnie postać dorosłą, namawia swojego żywiciela do wejścia do wody, co często kończy się dla niego śmiercią. Ale nitnikowiec może w wodzie wypełnić swoją życiową misję, czyli zacząć się rozmnażać.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Poprzednie badania sugerowały, że nitnikowce przejmują szlaki biologiczne swoich żywicieli i manipulują gospodarzem, by ten zbliżał się do wody. Naukowcy uważają, że osiągają to za pomocą cząsteczek naśladujących cząsteczki centralnego układu nerwowego żywiciela, ale dokładny sposób, w jaki pasożyty rozwinęły tego rodzaju mimikrę molekularną, pozostawał do tej pory tajemnicą.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przeanalizowali ekspresję genów nitnikowca przed, w trakcie i po manipulowaniu swoim żywicielem, w tym wypadku modliszką. Znaleźli ponad 3 tys. genów, których ekspresja była większa w przypadku manipulacji żywicielami oraz 1,5 tys. genów, których ekspresja była mniejsza. Z drugiej strony ekspresja genów w mózgach modliszek nie uległa zmianie i tak naprawdę nie można jej było odróżnić od tej występującej u niezainfekowanych modliszek. Wyniki te wskazują, że nitnikowce wytwarzają własne białka służące do manipulowania układem nerwowym żywicieli.

Następnie naukowcy przeszukali bazę danych białek, aby zbadać pochodzenie genów używanych przez nitnikowce do manipulowania modliszkami. - Co zaskakujące, wiele genów nitnikowców, które mogły odgrywać ważną rolę w manipulowaniu żywicielami, było bardzo podobnych do genów modliszek, co sugeruje, że zostały one nabyte w wyniku poziomego transferu genów – powiedział Tappei Mishina z RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research.

Poziomy transfer genów to proces biologiczny, podczas którego geny są przenoszone z jednego gatunku do drugiego, ale nie poprzez rozmnażanie. Może to mieć znaczące konsekwencje ewolucyjne, umożliwiając organizmom szybkie nabywanie nowych cech czy zdolności, co potencjalnie pomaga im przystosować się do nowego środowiska lub stylu życia.

Dalsza analiza potwierdziła wstępną tezę, że obserwowana mimikra molekularna nitnikowców jest prawdopodobnie wynikiem poziomego transferu genów od modliszek. Stwierdzono, że ponad 1400 genów nitnikowców pasuje do genów modliszek, ale były one nieobecne lub bardzo różniły się od genów nitnikowców, które nie korzystały z modliszek, jako swoich żywicieli.

Autorzy doszli do wniosku, że liczne zidentyfikowane przez nich geny mimikry są prawdopodobnie wynikiem wielu zdarzeń poziomego transferu genów od różnych gatunków modliszek, które nastąpiły podczas ewolucji nitnikowców. Wydaje się, że te geny, szczególnie te związane z neuromodulacją, przyciąganiem do światła i rytmami dobowymi, odgrywają dużą rolę w manipulacji zachowaniem gospodarza.

Poziomy transfer genów to jeden z głównych sposobów ewolucji bakterii, dzięki którym stają się one odporne na antybiotyki. Mishina uważa, że gdy znajdziemy więcej przykładów horyzontalnego transferu genów między organizmami wielokomórkowymi, zyskamy wgląd w to zjawisko, a także w ogóle w ewolucję.

- Wiele przypadków poziomego transferu genów, które znaleźliśmy u nitnikowców, może stanowić dobry model do badań. Korzystając z tego modelu, mamy nadzieję zidentyfikować mechanizmy leżące u podstaw poziomego transferu genów i pogłębić naszą wiedzę na temat adaptacji ewolucyjnej – podkreślił Mishina.

Źródło: RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, Science, fot. Takuya Sato