У насекомого найден самый маленький геном | Док-камминс расскажет о науке, технологии и здоровье

У насекомого найден самый маленький геном

Ученые, которые упорядочили геном антарктической мошки, подозревают, что небольшой размер генома – самый маленький среди насекомых, известных на сегодняшний день, – вероятно, объясняет адаптацию мошки к чрезвычайно суровым условиям ее среды обитания.

Мошка — небольшая муха, которая большую часть своей двухлетней личиночной стадии заморожена в антарктических льдах. Во взрослом возрасте насекомые тратят от семи до десяти дней для спаривания и откладки яиц, а затем погибают.

Геном этой мошки содержит только 99 миллионов пар нуклеотидных оснований, что меньше, чем у других крошечных геномов членов семейства мошек, например, у платяной вши — 105 миллионов пар оснований, у крылатого паразита стрепсиптеры – 108 миллионов.

В геноме мошки недостает многих сегментов ДНК и других повторяющихся элементов, которые ответственны за синтез белков, найденных в большинстве геномов животных. Отсутствие такого «багажа» в геноме может являться эволюционным ответом на выживание в холодных, сухих условиях Антарктиды, по словам Дэвида Денлинджера, выдающегося профессора энтомологии и эволюции, экологии и организменной биологии в Университете штата Огайо.

«Интересно узнать, другие экстремофилы — клещи и другие организмы, обитающие в Антарктиде, также обладают небольшим геномом, или это является уникальным для мошки», — сказал Денлинджер.

Так называемый «ДНК-мусор» (сегменты ДНК и повторяющиеся элементы в геномах), как известно, имеет важные функции, связанные с генной регуляцией. Они также вовлечены во многие процессы болезни. Так может быть чистый геном и есть секрет выживания мошки?

Геном мошки мал по размеру, но не по количеству генов. Исследователи отметили: геном антарктической мошки, как геномы других мух, содержит приблизительно 13 500 функциональных генов.

Денлинджер изучал антарктическую мошку в течение многих лет, акцентируя внимание на необычных стрессовых реакциях насекомого, включая активацию белков теплового шока. Большинство животных включают эти белки только тогда, когда они находятся в условиях сильного стресса, особенно когда подвергаются воздействию чрезвычайно высоких или низких температур, и быстро отключают их, когда напряжение прошло. Но белки теплового шока постоянно активируются во время личиночной стадии антарктической мошки — черта, как считают ученые, связанная с ее выживанием в суровых условиях.

Лаборатория Денлинджера клонировала и изучила несколько генов, связанных с этими белками. «Секвенирование генома предоставляет нам доступ к более широкому ряду многих других тесно связанных генов, к которым мы не имели доступа прежде», — сказал он.

Исследование также показывает, что существует множество генов, называемых аквапорины, которые участвуют в водном транспорте клеток. Эти гены и белки также являются факторами выживания мошки в Антарктиде. Большинство насекомых может пережить потерю около 20 процентов воды, содержащейся в клетках их органов, но эти мошки переносят потерю до 70 процентов воды.

«Они похожи на высушенный маленький изюм, и когда мы льем на них воду, они толстеют и продолжают свой веселый путь, — сказал Денлинджер. — Способность пережить чрезвычайный уровень обезвоживания является одним из ключей к выживанию при низких температурах. У этой мошки есть некоторый механизм, который позволяет ей быть одновременно обезвоженной и оставаться в живых, и ее клетки при этом функционируют нормально».

В антарктической экосистеме эти мошки питаются бактериями и морскими водорослями, а также богатыми азотом отходами, произведенным пингвинами. Другие виды не охотятся на них, и лаборатория Денлинджера не выявила никаких патогенов, которые могут угрожать их жизни.

Мошки имеют невероятную способность пережить значительную угрозу: сухость, сильный мороз и высокий уровень ультрафиолетового излучения Антарктиды, и как именно они это делают, остается, по крайней мере частично, загадкой. Работу Денлинджера стимулирует вопрос о выживании мошек, однако исследование в долгосрочной перспективе может иметь значение и для людей, если удастся найти способ поддерживать жизнеспособность человеческой ткани, собираемой для трансплантации, при хранении ее в холодильнике.