Борьба с болезнями, переносимыми комарами, такими как лихорадка денге или лихорадка Западного Нила, исторически была сложной задачей из-за отсутствия эффективных вакцин и опасений по поводу воздействия инсектицидов на окружающую среду. Таким образом, ученые обратились к манипулированию Wolbachia, бактерией, паразитирующей внутри комаров, как к способу контроля репродуктивной способности популяций комаров, передающих болезни человека.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, международная группа, в которую вошли ученые из Морской биологической лаборатории (MBL) и Чикагского университета, определила новый мобильный элемент ДНК у Wolbachia, который может способствовать улучшению стратегий борьбы с комарами-переносчиками. болезни.
Под руководством Жюли Ревейо из INRA, Франция, и Сары Борденштейн из Университета Вандербильта исследователи реконструировали почти полные геномы Wolbachia, выделенные из отдельных яичников четырех комаров Culex pipiens. В процессе они идентифицировали новую плазмиду - кольцевой фрагмент ДНК, который может реплицироваться независимо от хромосом. Плазмида - это мобильный элемент ДНК, то есть он может передаваться из одной клетки в другую и может иметь большое значение для приспособленности и эволюции видов микробов. Благодаря способности мобильных генетических элементов распространяться через разные клетки Wolbachia и, таким образом, в популяции Wolbachia, они обещают контролировать популяции комаров, которые могут быть переносчиками болезней.
Наши данные показывают, что эта новая плазмида широко распространена в естественных популяциях Wolbachia, которые заражают комаров C. pipiens по всему миру, что означает, что она играет важную роль. Идея о том, что она может способствовать трансформации популяций Wolbachia, просто очень увлекательно», - говорит старший автор исследования А. Мурат Эрен (Мерен), доцент медицины Чикагского университета и научный сотрудник MBL.
Wolbachia передается от матери потомству и может влиять на репродуктивное поведение комара-хозяина. Wolbachia может модифицировать сперму, поэтому, если инфицированный самец спаривается с неинфицированной самкой или с самкой, несущей другой штамм Wolbachia, эмбрионы не могут развиваться. Механизм, лежащий в основе этого эмбрионального убийства, лежит в другом мобильном генетическом элементе генома Wolbachia.
"Популяции Wolbachia не поддаются прямой генетической модификации. Хотя природная плазмида звучит многообещающе, чтобы обойти эти ограничения, у нас пока нет никаких доказательств, позволяющих предположить возможность или эффективность какой-либо трансформации с помощью этой плазмиды", - говорит Мерен. «Мы только что обнаружили его существование, и время покажет, насколько он полезен».
«Другие волнующие вопросы, на которые у нас пока нет четких ответов, включают в себя, существует ли родственная связь между плазмидой и другими мобильными генетическими элементами Wolbachia, и взаимодействуют ли они или нет», - добавляет Ревейо..
Это сотрудничество началось в MBL в 2011 году, когда Мерен и Ревейо объединили свои знания в области вычислений и молекулярной эволюции для изучения вопросов микробной экологии в Центре Бэй Пола MBL. Спустя годы они начали изучать геномное разнообразие Wolbachia, сосредоточив внимание на отдельных комарах, пойманных в дикой природе, а не на лабораторных штаммах комаров. С помощью бывших ученых MBL Сары Борденштейн и Сета Борденштейна из Университета Вандербильта, которые имеют опыт работы с Wolbachia, они начали разгадывать тонкости генома Wolbachia.
Wolbachia особенно трудно изучать, потому что, в отличие от свободноживущих бактерий, ее нельзя культивировать в бесклеточной среде. Благодаря этому междисциплинарному сотрудничеству мы смогли разделить геномы комара-хозяина, Wolbachia, и его мобильные элементы», - говорит Сара Борденштейн.
Хотя фрагменты этой новой плазмиды появлялись в предыдущих исследованиях секвенирования Wolbachia, эти фрагменты никогда не собирались в полный круг, и их внехромосомная природа не была распознана, скорее всего, из-за вычислительных ограничений. Команда смогла преодолеть эти ограничения, используя комбинацию передовых стратегий, таких как метагеномика с разрешением генома и секвенирование с длительным чтением..
«Ключевая биоинформатическая платформа, которая позволила нам изучить метагеномы комаров и пангеномы Wolbachia в этом исследовании, а также связи между учеными с различными навыками, которые сделали это открытие возможным, были разработаны в MBL», - говорит Мерен. «Почти все в этой статье так или иначе связаны с MBL».