Ученые расшифровали геном мухи цеце

Видео: Образование ДНК и происхождение человека

10-летний проект, в котором было задействовано более 140 исследователей со всего мира, принес свои плоды.

Ученым удалось полностью расшифровать генетический код печально известной мухи цеце (Glossina morsitans).

Это насекомое является единственным переносчиком африканской сонной болезни, которая угрожает десяткам миллионов людей, проживающих в тропической и субтропической Африке.

Международная команда, возглавляемая сотрудниками Йельской школы общественного здоровья в Нью-Хейвене, собрала ценнейшие данные о геноме, которые помогут лучше понять биологию цеце и паразита трипаносомы, которого она распространяет.

Ученые надеются, что их работа будет стимулировать новые научные открытия, которые позволят справиться с бесконечной эпидемией сонной болезни в Африке. Наряду с генетической картой, которая была опубликована в журнале Science, команда также подготовила восемь научно-исследовательских статей, публикующихся в специальном сборнике в нескольких выпусках издания PLOS.

Доктор Джеффри Аттардо (Geoffrey Attardo), исследователь из Йельской школы общественного здоровья и главный автор статьи в Science, говорит: «Публикация полного генетического кода мухи цеце – это крупное достижение для исследователей этой области. Оно стало плодом тяжелой многолетней работы целой группы ученых. Мы надеемся, что это будет ценным ресурсом для будущих работ биологического сообщества».

Африканский трипаносомоз угрожает миллионам

По всей территории тропической и субтропической Африки около 70 миллионов человек ежедневно подвергаются риску заразиться африканской сонной болезнью, которая во многих случаях заканчивается летально.

Африканский трипаносомоз протекает в две стадии. Первая стадия инфекции начинается с жара, головной боли, ломоты в суставах и зуда. На этой стадии болезнь еще можно излечить, если вовремя поставить правильный диагноз. На второй стадии, когда паразит проникает через гематоэнцефалический барьер и поражает мозг, наблюдается необычная сонливость, спутанность сознания, нарушение координации, кома и смерть.



Без лечения африканская сонная болезнь смертельна. Диагностика ее на ранней стадии затруднена, и требует специально подготовленного персонала и лабораторных анализов. Существующие лекарства не гарантируют 100% результат, очень дороги и токсичны.

У скота трипаносомы вызывают анемию, слабость и потерю веса, которые могут закончиться гибелью. Результат для местного животноводства – многомиллиардные потери каждый год.

Сильнее всего поражены болезнью Уганда, Демократическая Республика Конго и Судан, но африканский трипаносомоз встречается более чем в 30 государствах этого региона. Усилия мирового сообщества уменьшили заболеваемость в регионе, однако многочисленные «горячие точки» и нищета в тропической Африке мешают работе медиков, поэтому проблема остается актуальной.

Генетический «чертеж» опасного насекомого

Раскрыв, шаг за шагом, весь генетический код мухи цеце, исследователи составили подробный «список запчастей» организма. Всего было представлено более 12 000 генов, которые контролируют активность различных протеинов мухи.



Это открытие поможет ученым ускорить изучение необычной биологии цеце, а в будущем даст возможность разработать новые методы и стратегии борьбы со смертельно опасным насекомым.

Во время работы ученые столкнулись с биологическими, техническими и экономическими трудностями. Что необычно для геномного проекта, ученые ограничились изучением одного генетической линии насекомого – это упростило соединение маленьких фрагментов кода (каждый состоит из тысяч «букв») в большие структуры (миллионы «букв»). Геном мухи цеце состоит из 366 миллионов таких «букв», или остатков, что примерно в десять раз меньше человеческого генома. Упрощенный подход облегчил работы на техническом фронте, но ученым добавилось проблем в другом.

Когда проект начинался, было очень сложно и дорого получать генетический материал из насекомого, но со временем техники совершенствовались.

Имея полный геном цеце, исследователи получили шанс найти потенциальные слабые места организма, которые помогут либо нарушить взаимодействие мухи с паразитом, либо исключить его передачу людям.

В изданиях Science и PLOS приведены некоторые примеры того, как генетическая адаптация позволила цеце стать таким уникальным созданием, и как она передает болезнь человеку.

К примеру, у мухи цеце развился уникальный биологический метод поиска своей добычи. Разные виды мух выслеживают потенциальных хозяев либо с помощью обоняния, либо с помощью зрения. Ученые нашли набор протеинов запаха и зрения, которые, судя по всему, управляют цеце в поисках пищи и партнера для спаривания.

Он также нашли ген светочувствительных рецепторов rh5 – недостающее звено, которое может объяснить, почему цеце привлекают черные и синие цвета. Эта характерная особенность насекомого уже была использована при создании ловушек для контроля распространения цеце.

У цеце имеется целый арсенал активных молекул, которые помогают им питаться кровью хозяев. Ученые открыли группу генов, которые отвечают за состав слюнных желез насекомого. Эти гены могут участвовать в выработке веществ, которые мешают человеку вовремя отреагировать на укус мухи.

Исследователи празднуют окончание великого проекта

Профессор Серап Аксой (Serap Aksoy), преподаватель в отделении эпидемиологии и инфекционных болезней Йельской школы общественного здоровья, был инициатором огромного проекта в первой половине 2000-х годов. Тогда работы, которые оценили приблизительно в 10 миллионов долларов, были профинансированы Всемирной организацией здравоохранения и другими общественными и частными спонсорами.

Профессор Аксой говорит, что они были «очень счастливы достичь финального рубежа исследования». Он разделяет надежду на то, что эта работа поможет биологическому сообществу открыть новые и улучшить существующие методы борьбы с сонной болезнью.

Йельская команда тесно сотрудничала с коллегами из института Wellcome Trust Sanger в Кембридже (Великобритания), на базе которого проводилось секвенирование генома, а также со многими другими учеными из Европы и Африки.