Исследование показало, что бакуловирус, заражающий личинок хлопковых гусениц, изменяет экспрессию генов, участвующих в восприятии света, заставляя их искать высоту, которая может способствовать передаче вируса.
Энтомологам давно известно, что группа вирусов насекомых, известных как нуклеополихедровирусы, побуждает личинок моли мигрировать на верхушки растений перед их гибелью - такое поведение, как считается, способствует передаче вируса, усиливая его распространение по листве и увеличивая вероятность того, что он встретит нового хозяина. Как именно эти вирусы вызывают изменения в поведении, пока не совсем понятно. Но в исследовании, опубликованном в журнале Molecular Ecology, сообщается, что нуклеополихедровирус (NPV), заражающий гусениц хлопковой совки (Helicoverpa armigera), повышает экспрессию генов, участвующих в зрительной системе личинок - в частности, генов, участвующих в восприятии света.
Роберт Пулен, эволюционный эколог из Университета Отаго в Новой Зеландии, не принимавший участия в работе, высоко оценивает исследование как одно из немногих, в котором механизмы манипуляции паразитическим поведением рассматриваются "очень подробно".
NPV принадлежат к более широкой группе вирусов под названием бакуловирусы, которые часто изменяют двигательную активность своих хозяев. Более ранние работы по изучению NPV у гусениц показали, что для того, чтобы они активно перемещались, необходимо воздействие света, поэтому исследователи предположили, что такие инфекции могут вызывать фототаксическое поведение, при котором личинки движутся к источнику света (как правило, к солнцу).
Чтобы проверить это, исследователь Китайского сельскохозяйственного университета Сяося Лю и ее коллеги кормили личинок моли либо зараженной вирусом пищей, либо не зараженной контрольной едой, а затем помещали их на дно стеклянных трубок или горшечных растений хлопка. В стеклянных трубках светодиодный источник света был установлен либо в верхней, либо в средней, либо в нижней части трубки, а в растениях источник света располагался либо сверху, либо снизу, и команда ежечасно регистрировала расстояния, пройденные каждой личинкой.
Когда свет располагался в верхней части стеклянных трубок, зараженные особи в течение 48 часов после инфицирования поднимались значительно выше, чем неинфицированные животные. Они также имели тенденцию погибать на том же уровне, где был размещен источник света, независимо от того, был ли он верхним или нижним. Используя тесты для оценки фототаксиса и реакции сетчатки на свет, исследователи также отметили более высокие уровни реакции на световые стимулы у зараженных личинок по сравнению со здоровыми контрольными особями.
Гусеницы определяют свет с помощью стебельчатых глаз, называемых стемматами. Они могут опосредовать фототаксическую реакцию у зараженных личинок, предположили авторы, поэтому они удалили их хирургическим путем. Было обнаружили, что без стемматов зараженные гусеницы больше не проявляли фототаксиса, а высота, на которой они погибали, была значительно ниже. Эта серия экспериментов продемонстрировала, что поведение при подъеме "действительно является реакцией на свет, а не на гравитацию или что-то еще", - говорит Пулен.
Когда стало ясно, что фототаксис подстегивает личинок к подъему, исследователи предположили, что вирус может манипулировать "визуальным сигнальным путем своих хозяев", - пишут авторы. Чтобы проверить свою гипотезу, они проанализировали транскриптомы тканей головного мозга здоровых и инфицированных личинок. Они выявили от 2700 до 3500 генов - в зависимости от количества дней после инфицирования, - которые по-разному экспрессировались в инфицированной и неинфицированной группах. Среди этих генов шесть были известны как участвующие в реакции на свет.
Количественно оценив экспрессию этих генов в различных тканях и на разных стадиях развития, авторы обнаружили три гена, которые значительно сильнее экспрессировались после вирусной инфекции: два гена, кодирующие опсины - HaBL и HaLW, которые распознают коротковолновый и длинноволновый свет соответственно, и третий ген, связанный со световым сигналом, под названием TRPL. Затем группа использовала CRISPR/Cas9 для создания мутантных личинок, лишенных каждого из этих трех генов, и обнаружила, что у нокаутных личинок значительно снижается реакция на свет и уменьшается высота на которой они погибают при заражении, по сравнению с неотредактированными контрольными особями, что указывает на то, что эти гены играют ключевую роль в фототактическом поведении животных.
Как вирус изменяет экспрессию этих генов, остается загадкой. Механизмы, с помощью которых паразиты манипулируют поведением хозяина, очень сложны, пишут исследователи. "Необходимы дальнейшие исследования того, как вирусная инфекция влияет на экспрессию генов", - добавляют они.
Другой аспект, который еще предстоит изучить, это то, как поведенческие изменения, подобные тем, что наблюдались у этих гусениц, приносят пользу вирусу. В статье авторы выдвигают гипотезу, что гибель гусениц на возвышенных местах может способствовать передаче вируса, приближая вирус к молодым личинкам, которые проводят больше времени в верхних частях растений, чем более старые особи. Основываясь на экспериментах, проведенных в лаборатории, Лю говорит, что молодые личинки, по-видимому, более уязвимы для вируса.
Но пока нет четких доказательств того, что ползанье гусениц способствует передаче вируса. "Очень трудно изучить влияние такого поведения на распространение вируса", - объясняет Пулен. Тем не менее, по его словам, будущие работы должны быть посвящены и этой части истории.
Пулен отмечает, что исследования, направленные на понимание механизмов, лежащих в основе вызываемых паразитами изменений поведения, также позволяют ученым больше узнать о поведении хозяев. То есть, уловки, используемые паразитами, могут научить нас неизвестным подробностям о том, как организмы двигаются или реагируют на раздражители в естественной среде. Подобные исследования "открывают окно в глубинные основы поведения", - отмечает он.
