_ Cercetătorii dezvăluie cum un virus deturnează spermatozoizii de insecte: poate ajuta la controlul vectorilor bolii și dăunătorilor

O bacterie răspândită numită Wolbachia și un virus pe care îl poartă poate provoca sterilitate la insectele masculi prin deturnarea spermei acestora, împiedicându-le să fertilizeze ouăle femelelor care nu au aceeași combinație de bacterii și virus.

Un nou studiu condus de cercetătorii în microbiom de la Penn State a descoperit modul în care această combinație microbiană manipulează sperma, ceea ce ar putea duce la tehnici rafinate pentru a controla populațiile de dăunători agricoli. și insecte care transportă la oameni boli precum Zika și dengue.

Studiul este publicat în revista Science.

„Wolbachia este cea mai răspândită bacterie la animale și trăiește simbiotic în sistemul reproductiv. țesuturi a aproximativ 50% din speciile de insecte, inclusiv unele țânțari și muște”, a declarat Seth Bordenstein, profesor de biologie și entomologie, director al Centrului One Health Microbiome din Penn State și unul dintre liderii echipei de cercetare.

„Wolbachia are gene dintr-un virus numit profag WO integrate în genomul său. Aceste gene — cifA și cifB — permit bacteriilor să manipuleze în mod remarcabil spermatozoizii și să se răspândească rapid printr-o populație de insecte pentru binele lor.”

Atunci când un mascul și o femelă care au ambele împerechere Wolbachia, se reproduc cu succes și transmite bacteriile.Dar atunci când un mascul cu Wolbachia se împerechează cu o femelă fără Wolbachia, spermatozoizii devin letali pentru ouăle fecundate, sucumbându-i la moarte.Acest sistem mărește cu viclenie proporția descendenților cu Wolbachia și virusul în următorul generație, deoarece femelele cu bacterii se reproduc cu succes mai frecvent decât femelele fără.

Acest sistem este utilizat în mai multe studii pilot în curs de desfășurare în întreaga lume pentru a controla insectele dăunătoare și bolile virale dăunătoare pe care le poartă. De exemplu, pentru a controla o populație de dăunători agricoli sau umani care nu au bacteriile, oamenii de știință eliberează masculi cu Wolbachia pentru a prăbuși populația.

„Una dintre superputeri ale Wolbachia este că blochează virusurile ARN patogeni precum Zika. , virusul dengue și chikungunya, astfel încât țânțarii cu Wolbachia nu transmit acești viruși oamenilor atunci când mușcă”, a spus Bordenstein.

„Așadar, eliberarea atât de țânțari masculi, cât și de femele cu Wolbachia într-o zonă în care nu este deja prezent conduce la înlocuirea populației cu țânțari care nu mai pot transmite o boală virală. Programul Mondial pentru țânțari folosește acum Wolbachia pentru a controla virușii din 11 țări. Cu acest studiu, dezvăluim mecanica de bază a modului în care funcționează acest proces, astfel încât să putem ajusta tehnica pentru a-și extinde domeniul de aplicare în măsurile de control al vectorului.”

Genele profage WO ale lui Wolbachia codifică proteinele care interferează cu normalul. dezvoltarea celulelor spermatozoizilor. Aceste proteine ​​influențează o transformare critică în timpul dezvoltării spermatozoizilor, când genomul spermatozoizilor este reambalat și spermatozoizii se schimbă dintr-o formă de canoe într-o formă mai rafinată de ac.

„Această schimbare de formă. este incredibil de important pentru succesul spermatozoizilor și orice interferență poate afecta capacitatea spermatozoizilor de a călători în tractul reproducător feminin și de a fertiliza cu succes ovulul”, a spus Rupinder Kaur, profesor de cercetare asistent de biologie și entomologie la Penn State și celălalt lider al studiului. echipa de cercetare.

„Tranziția este foarte conservată în aproape orice, de la insecte la oameni. Defectele acestui proces pot provoca, de asemenea, sterilitate masculină la oameni”.

Conform cercetătorilor, sperma este deosebit de predispusă la deteriorarea și repararea ADN-ului în timpul acestei tranziții. În acest studiu, ei au descoperit că spermatozoizii expuși la Wolbachia, sau numai proteinele Cif, au avut un nivel ridicat de deteriorare a ADN-ului în această etapă. Daunele ADN-ului, dacă nu sunt reparate în timp util, pot avea ca rezultat ambalarea anormală a genomului spermatozoizilor, infertilitate masculină și inviabilitate embrionară.

„Aceste rezultate au confirmat impactul proteinelor Wolbachia și Cif în acest stadiu al dezvoltării spermatozoizilor. , dar am vrut totuși să știm ce se întâmplă în stadiile anterioare pentru a declanșa aceste schimbări”, a spus Kaur.

„Am efectuat o serie de teste pentru a explora structura și funcția biochimică a proteinelor Cif și am descoperit că ele pot scinda molecule mesager numite ARN lung necodificator, care pregătește stadiul pentru a interfera cu dezvoltarea și funcția spermatozoizilor în aval.”

Cercetătorii au folosit muștele de fructe cu Wolbachia pentru a testa legătura potențială dintre bacterii. și ARN lung necodant. Ei au descoperit că Wolbachia - sau numai proteinele Cif - au redus cantitatea acestor ARN. În plus, muștele mutante cu expresie redusă a acestor ARN împreună cu Wolbachia au avut niveluri ridicate de inviabilitate embrionară, deoarece a crescut procesul de tranziție defectuos al dezvoltării spermei.

Așadar, a explicat Kaur, proteinele virusului controlează sperma prin epuizare. ARN-urile lungi necodificatoare necesare pentru o funcție normală a spermatozoizilor.

„ARN-urile lungi necodificatoare nu produc în sine nicio proteină, dar pot avea un impact profund asupra reglarii funcției altor gene necesare dezvoltării spermatozoizilor. ", a spus Bordenstein.

"Prin modificarea acestei părți necodificatoare a genomului, am descoperit că proteinele Cif încep să afecteze spermatozoizii încă din primele stadii de dezvoltare. Genele profage WO ale lui Wolbachia acționează ca niște păpuși maeștri, manipulând. dezvoltarea spermei într-un mod care permite genelor lor și bacteriilor simbiotice să se răspândească rapid prin populațiile de artropode.”

Deoarece procesul de dezvoltare a spermei arată similar în regnul animal, cercetătorii au spus că cunoașterea acestui proces ar putea oferă o perspectivă asupra provocărilor de sterilitate la oameni, precum și informează noile metode de control al populațiilor de insecte dăunătoare.

„Acum, că am realizat o inginerie inversă a acestui proces, putem ajusta metodele de control al populației cu Wolbachia care sunt deja în uz”, a spus Kaur.

„Plănuim să profităm de aceste cunoștințe pentru a crește vectorii de boli și metodele de control al dăunătorilor existente în prezent și, poate, să emulăm tehnica fără Wolbachia sau proteinele virale pe termen lung. „

(Fluierul)