Амазонки среди бактерий

Если можно себе представить бактерию-мужененавистницу, то это, конечно, бактерии группы Wolbachia, которые поселяются в клетках насекомых и влияют в том числе и на их развитие и размножение. В некоторых случаях Wolbachia убивает своих хозяев мужского пола. Хотя этот феномен хорошо известен, молекулярный механизм гибели самцов, зараженных вольбахией, неясен. Разбирались с ним сотрудники Высшей школы сельского хозяйства и естественных наук Токийского университета под руководством профессора Юкио Исикава (Yukio Ishikawa).

Ученые работали со щетинконогим мотыльком Ostrinia scapulalis, зараженным штаммом вольбахии wSca. Они проследили за развитием личинок и соотношением полов в потомстве здоровых мотыльков, самок, зараженных Wolbachia, и самок, избавленных от инфекции. У изначально здоровых насекомых выводятся из личинок и самки, и самцы. Линии инфицированных мотыльков поддерживают, скрещивая зараженных самок со здоровыми самцами. Всё потомство таких пар инфицировано, самцы погибают в ходе эмбрионального развития или на личиночной стадии. Самок можно излечить от бактерии, добавляя тетрациклин в корм личинкам. При этом всё равно выживают только особи женского пола, но они свободны от Wolbachia. Однако в потомстве исцеленных самок соотношение полов нарушено: на сей раз выживают только самцы.

Как выяснили японские ученые, бактериальная инфекция вызывает несовпадение внешних (фенотипических) признаков пола и его генетической сути. Пол O. scapulalis определяют хромосомы ZZ у самцов и ZW у самок. В ядре неделящейся клетки женская W-хромосома образует плотный половой хроматин, хорошо видимый в оптический микроскоп. По наличию или отсутствию полового хроматина легко определить, кто должен развиться из эмбриона-самец или самка. Однако, чтобы из клетки с генотипом ZZ получилась взрослая особь, которая выглядит как самец, программе развития еще нужно реализоваться. Реализация зависит от многих генов, работу которых регулирует ген Osdsx. После синтеза мРНК этого гена подвергается сплайсингу, то есть ферменты вырезают из нее определенные последовательности, а оставшиеся фрагменты снова соединяют в одну молекулу, после чего мРНК готова участвовать в синтезе белка. В процессе сплайсинга мРНК Osdsx у самцов и самок теряет разные фрагменты, поэтому существует в двух вариантах, мужском и женском. Они отличаются по размеру и последовательности, соответственно, по-разному регулируют развитие насекомого, что и определяет в конечном итоге мужской или женский фенотип взрослого мотылька.

Японские исследователи определили наличие полового хроматина и тип РНК Osdsx у эмбрионов трех линий O. scapulalis. У здоровых мотыльков соотношение полов в потомстве классическое, 1:1, и остается таковым на протяжении всего развития. Особи с генотипом ZW синтезировали, как положено, женский вариант Osdsx, мотыльки с генотипом ZZ — мужской. В потомстве самок, зараженных wSca, генетические самцы (ZZ) погибают на личиночной стадии. При этом во всех эмбрионах, как мужских, так и женских, синтезируется женский тип Osdsx, т.е. их развитие, независимо от набора половых хромосом, шло по женскому пути. И, напротив, в потомстве самок, исцеленных от вольбахии, погибают все личинки с женским генотипом ZW и выживают только самцы. При этом все гусеницы, независимо от генотипа, синтезировали только мужской тип РНК Osdsx, готовясь стать мотыльками с телом самца. Погибали те личинки, у которых фенотипический и генетические признаки пола не совпадали. Собственно, о возможных фенотипических признаках несчастных насекомых можно судить только по типу мРНК Osdsx, поскольку ни личинки, ни эмбрионы O. scapulalis внешними приметами пола не обладают.

Исследователи предположили, что wSca несет феминизирующий генетический фактор, который разрушает систему определения пола насекомого, но каким именно образом это происходит, так и осталось неясным. Личинки самцов, зараженных wSca, отстают в росте, но морфологических нарушений у них не обнаружено. Гибнут они все, но на разных стадиях развития. Следовательно, нарушения развития не могут быть причиной смерти, иначе гусеницы умирали бы, достигнув определенного, одинакового для всех возраста. Возможно, фактор феминизации, которым обладает Wolbachia, влияет непосредственно на синтез РНК Osdsx. Всё это еще предстоит выяснить.

Почему бактерия старается изменить соотношение полов в пользу самок, понятно. Вольбахия передается следующим поколениям только через женские половые клетки, в сперму она не попадает, вот и изводит самцов за ненадобностью. Реакция бактерии на излечение хозяина похожа на месть: «Избавляетесь от меня? Мальчиков захотели? Что ж, будут вам мальчики, зато девочек теперь не дождетесь!»

Наталья Резник

T. N. Sugimoto, Y. Ishikawa. «A male-killing Wolbachia carries a feminizing factor and is associated with degradation of the sex-determining system of its host», Biol. Lett. June 23,2012 8 412-415; published ahead of print January 4,2012, doi:10.1098/rsbl.2011.1114.