Naukowcy odkryli, że robaki z włosia końskiego manipulują swoimi żywicielami-owadami, wykorzystując geny nabyte od samych żywicieli, co rzuca światło na rolę poziomego transferu genów w ewolucji.

Zespół kierowany przez Tappei Mishinę z RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) odkrył, że pasożyty manipulują swoimi żywicielami, używając skradzionych genów, które prawdopodobnie nabyli w wyniku zjawiska zwanego poziomym transferem genów. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Aktualna biologia.

Pasożyty i zachowanie żywiciela

Wiele pasożytów manipuluje zachowaniem swoich żywicieli, aby zapewnić im przetrwanie i zdolność do reprodukcji. Robaki z włosia końskiego stanowią jeden z najbardziej wyrafinowanych przykładów tego typu kontroli zachowania. Robaki z włosia końskiego rodzą się w wodzie i wykorzystują owady wodne, takie jak jętki, do podróżowania autostopem na suchy ląd, gdzie pozostają nieruchome, dopóki nie zostaną zjedzone przez owady lądowe, takie jak świerszcze czy modliszki.

Gdy robak z włosia końskiego dotrze do żywicieli, zaczyna rosnąć i manipuluje zachowaniem żywiciela. Dojrzały robak z włosia końskiego w końcu nakłania żywiciela do wskoczenia do wody, często prowadząc do ostatecznej śmierci żywiciela, aby mógł wypełnić swoją misję życiową i rozmnażać się.

Akordy robaki końskie wykorzystują modliszki jako żywicieli ostatecznych. Po dojrzeniu u modliszek manipulują swoimi żywicielami, aby przedostali się do zbiorników wodnych, w których pasożyty się rozmnażają. Źródło: Takuya Sato

Poprzednie badania sugerowały, że robaki z włosia końskiego przejmują szlaki biologiczne swoich żywicieli i wzmagają ruch w stronę światła, co prowadzi żywicieli do zbliżania się do wody. Naukowcy uważają, że osiąga się to za pomocą cząsteczek naśladujących cząsteczki centralnego układu nerwowego żywiciela, ale dokładny sposób, w jaki pasożyty rozwinęły tego rodzaju mimikrę molekularną, pozostaje tajemnicą.

Ekspresja genów i manipulacja gospodarzem

Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przeanalizowali ekspresję genów w całym organizmie u: Akordy robak z włosia końskiego przed, w trakcie i po manipulowaniu żywicielem modliszką. Znaleźli ponad 3000 genów robaków włosowych, których ekspresja była większa w przypadku manipulacji żywicielami, oraz 1500 genów robaków włosowych, 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 robaki z włosia końskiego wytwarzają własne białka służące do manipulowania układem nerwowym żywicieli.

Następnie naukowcy przeszukali bazę danych białek, aby poznać pochodzenie genów, które je zawierają Akordy robaki z włosia końskiego używają do manipulowania modliszkami. „Co zaskakujące, wiele genów włosia końskiego, które mogły odgrywać ważną rolę w manipulowaniu żywicielami, było bardzo podobnych do genów mantydów, co sugeruje, że zostały one nabyte w wyniku poziomego transferu genów” – mówi Mishina. Poziomy transfer genów to proces biologiczny, podczas którego geny są przenoszone z jednego organizmu do drugiego, ale nie poprzez rozmnażanie. Może to mieć znaczące konsekwencje ewolucyjne, umożliwiając organizmom szybkie nabywanie nowych genów lub funkcji, co potencjalnie pomaga im przystosować się do nowego środowiska lub stylu życia.

Mimikra molekularna i ewolucja

Dalsza analiza potwierdziła pogląd, że mimikra molekularna widoczna w Akordy robaki z włosia końskiego jest prawdopodobnie wynikiem poziomego transferu genów od modliszek. W szczególności ponad 1400 Akordy Stwierdzono, że geny robaka z włosia końskiego odpowiadają genom modliszek, ale były nieobecne lub bardzo się od nich różniły gatunek robaków z włosia końskiego, które nie korzystają z żywicieli modliszki. Autorzy doszli do wniosku, że liczne zidentyfikowane przez nich geny mimikry są prawdopodobnie wynikiem wielu horyzontalnych zdarzeń transferu genów od różnych gatunków modliszek podczas ewolucji nicieni włosowych. Wydaje się, że te geny, szczególnie te związane z neuromodulacją, przyciąganiem światła i rytmami dobowymi, odgrywają rolę w manipulacji gospodarzem.

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 robaka włosowego, może stanowić dobry model do badań” – mówi Mishina. „Korzystając z tego modelu, mamy nadzieję zidentyfikować mechanizmy leżące u podstaw poziomego transferu genów i pogłębić naszą wiedzę na temat adaptacji ewolucyjnej”.

Odniesienie: „Masywny poziomy transfer genów i ewolucja manipulacji behawioralnej modliszek za pomocą nematomorfów” autorstwa Tappei Mishina, Ming-Chung Chiu, Yasuyuki Hashiguchi, Sayumi Oishi, Atsunari Sasaki, Ryuichi Okada, Hironobu Uchiyama, Takeshi Sasaki, Midori Sakura, Hirohiko Takeshima i Takuya Sato, 19 października 2023 r., Aktualna biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.09.052