В 50-х годах генетики столкнулись с загадкой: при скрещивании двух штаммов одного и того же вида плодовых мушек (Drosophila) вместо ожидаемого соотношения полов 50:50 они дали только самок. Сначала ученые думали, что за этим стоит генетическая мутация, но позже выяснилось, что причиной была скрытая бактерия Spiroplasma poulsonii.
Спироплазма - это эндосимбиотическая бактерия, которая живет в крови плодовой мушки и передается ее потомству через ооциты самки. Эта бактерия остается в значительной степени скрытой от своего хозяина, но вызывает увлекательные репродуктивные манипуляции: специфическое убийство мужских эмбрионов.
Существование бактерий-убийц самцов на первый взгляд кажется озадачивающим, но исследования показали, что они способствуют долгосрочному сохранению симбиотических бактерий за счет увеличения частоты инфицированных самок, которые затем передают бактерии своему потомству.
Убийство самцов не ограничивается Spiroplasma, но также наблюдается у некоторых других эндосимбиотических бактерий. Однако молекулярный механизм, лежащий в основе этого процесса, так и не был выяснен. Первоначальная идея заключалась в том, что спироплазма вырабатывает токсин «андроцидин», который убивает самцов. Но, несмотря на несколько попыток, личность этого убийцы-мужчины так и осталась загадкой.
Теперь профессор Бруно Леметр и доктор Тошиюки Харумото из EPFL определили неуловимый бактериальный фактор, убивающий мужчин, и разгадали тайну. В статье Nature они раскрывают, что виновником является белок, который они называют Spaid (от Spiroplasma poulsonii androcidin).
Известно, что ген Spaid кодирует белок, обладающий особыми структурными характеристиками, необходимыми для его локализации и активности внутри бактерии (анкириновые повторы и домены деубиквитиназы).
Ученые обнаружили, что просто экспрессии Spaid у плодовых мушек было достаточно, чтобы воссоздать все фенотипы, связанные с убийством самцов у насекомого. В соответствии с функцией уничтожения самцов Spaid специфически связывается с Х-хромосомой эмбрионов мужского пола. Авторы предполагают, что Spaid мешает «мужскому специфическому процессу», такому как механизм, который увеличивает транскрипцию генов на Х-хромосоме (у мужчин одна Х-хромосома, а у женщин две). Наконец, ученые обнаружили штамм бактерии Spiroplasma с мутацией в гене Spaid, который показал сниженную способность убивать самцов.
«Насколько нам известно, Spaid является первым идентифицированным на сегодняшний день бактериальным эффекторным белком, который влияет на клеточный механизм хозяина в зависимости от пола», - говорит Харумото.«И, насколько нам известно, это также первая статья, в которой определяется эндосимбионтный фактор насекомых, вызывающий убийство самцов. Таким образом, мы ожидаем, что это окажет большое влияние на области симбиоза, детерминации пола и эволюции».