_ Descoperirea proteinelor bacteriene care induc reproducerea asexuată la insecte

De la microbii din intestinul uman până la algele simbiotice din recifele de corali, cercetările din ultimele decenii au relevat tot mai mult rolurile esențiale pe care microorganismele (sau speciile microbiene) le joacă în modelarea biologiei gazdei. organismelor și a ecosistemelor mai largi. De exemplu, unii endosimbioți – microbi care trăiesc în celulele unui organism gazdă – sunt cunoscuți că manipulează fiziologia gazdelor lor pentru a-și promova propria persistență de la o generație la alta.

Unul dintre cele mai cunoscute cazuri. din aceasta provine din lumea insectelor, unde endosimbioții bacterieni din genul Wolbachia pot induce reproducerea asexuată în gazdele lor pentru a asigura transmiterea acestora la generațiile viitoare. În timp ce acest fenomen a fost recunoscut pentru prima dată în urmă cu peste 30 de ani, mecanismele de bază au rămas evazive până în prezent.

Într-un studiu recent publicat în Genome Biology and Evolution, intitulat „Identificarea proteinelor efectoare inductoare de partenogeneză în Wolbachia, " cercetătorii de la Universitatea din Minnesota au identificat proteine ​​cheie Wolbachia care mediază această formă de reproducere indusă de microbi.

Studiul reprezintă un pas semnificativ înainte în înțelegerea mecanismelor moleculare care stau la baza manipulării reproducerii gazdei de către bacteriile Wolbachia. , punând bazele pentru dezlegarea interacțiunilor complexe dintre acești endosimbioți și organismele lor gazdă.

Bacteriile din genul Wolbachia sunt printre cei mai răspândiți endosimbioți de pe Pământ, infectând aproximativ jumătate din toate speciile de insecte. Wolbachia sunt transmise de la mamele insecte la urmașii lor și, astfel, gazdele masculi reprezintă un punct mort evolutiv pentru bacterii. Din această cauză, unele filiații Wolbachia au dezvoltat capacitatea de a induce partenogeneza - o formă de reproducere asexuată care are ca rezultat toți descendenții feminini - la gazdele lor de insecte.

Autorii noului studiu, Laura Fricke și Amelia Lindsey, sa concentrat pe tulpinile Wolbachia de la două specii gazdă de viespi parazitoide, Leptopilina clavipes și Trichogramma pretiosum. Se știe că aceste tulpini de Wolbachia induc partenogeneza într-un proces în două etape: în primul rând, endosimbioții interferează cu segregarea cromozomilor gazdei, inducând diploidizarea sau o dublare a cromozomilor, în ouăle nefertilizate, dând naștere la descendența femelelor diploide.

În continuare, Wolbachia induce dezvoltarea femelelor la urmași prin interferarea cu elementele sistemului de expresie genetică al gazdei, cum ar fi transformatorul genei de insecte, un regulator principal care direcționează dezvoltarea indivizilor către fenotipurile masculine sau feminine.

„Am emis ipoteza că tulpinile Wolbachia care induc partenogeneza au codificat proteine ​​efectoare responsabile de diploidizare și de diferențiere feminină, pași cheie în inducerea partenogenezei”, explică Fricke.

Pentru a identifica aceste proteine ​​efectoare, Fricke și Lindsey a căutat gene care au fost împărtășite de cele două tulpini de Wolbachia inductoare de partenogeneză, dar care erau absente din toate celelalte tulpini de Wolbachia. Acest lucru a condus la identificarea a două proteine ​​efectoare candidate, numite PifA și PifB (factorii de inducere a partenogenezei A și B), care ar putea fi responsabile pentru declanșarea partenogenezei în organismele gazdă.

O analiză ulterioară a PifA și PifB a arătat că ele prezintă multe dintre caracteristicile proteinelor efectoare bacteriene asociate gazdei eucariote. Predicțiile structurale au evidențiat asemănări între PifA și nucleoporinele eucariote și proteinele de splicing ARN, în timp ce PifB a arătat omologie structurală cu receptorii eucariote bogat în leucină, asemănător serină/treonină-protein kinaze.

În mod intrigant, PifA conține și o regiune asemănătoare transformatorului, sugerând că poate fi folosit de Wolbachia pentru a deturna elemente ale căii de determinare a sexului insectelor. Teste suplimentare au demonstrat că atât PifA, cât și PifB au un impact asupra celulelor eucariote și că PifA se localizează cu nuclee care se divide atipic, sugerând un rol în manipularea diviziunii celulei gazdă.

Descoperirea PifA și PifB ca proteine ​​efectoare candidate deschide noi căi pentru cercetare în manipularea reproductivă mediată de Wolbachia. "O întrebare interesantă este de unde provin aceste două gene", spune Lindsey.

"Aceasta este o întrebare greu de răspuns. Elementele înconjurătoare din genom indică faptul că aceste gene ar fi putut fi transferate în genomul Wolbachia. de viruși, dar nu cunoaștem sursa originală.” Deși nu există potriviri clare cu PifA și PifB printre genomurile insectelor care au fost publicate, autorii observă că acest lucru poate reflecta pur și simplu prejudecățile de eșantionare din bazele de date genetice.

Lipsa instrumentelor genetice pentru studierea Wolbachia și a acestora. gazdele rămâne o provocare majoră pentru explorarea în continuare a acestor proteine. Deoarece abordările genetice standard (de exemplu, knockout-ul genelor sau knockout-ul) nu sunt în prezent posibile, autorii se concentrează pe o suită de alternative pentru a ajuta la elucidarea modului în care funcționează aceste proteine.

„De aici luăm o proteomică- abordare bazată pentru izolarea țintelor proteinelor Pif din sistemul viespilor”, spune Fricke. „Vrem să vedem unde se localizează aceste proteine ​​în embrionii de insecte în timpul infecției naturale și lucrăm în prezent pentru a identifica cu ce proteine ​​​​de insecte și ARN-uri specifice interacționează Pifs”, continuă Lindsey.

Chiar și aceste investigații alternative. poate fi dificil de realizat din cauza dimensiunii minuscule a speciilor de viespi parazitoide pe care o studiază.

„Aceste insecte sunt mai mici decât un grăunte de nisip și majoritatea oamenilor nu le pot vedea fără utilizarea un microscop face ca multe dintre experimentele noastre să fie destul de complicate și adesea necesită multă optimizare și mâini stabile pentru a efectua experimente care ar fi de rutină la insecte mai mari”, explică Lindsey. Cu toate acestea, depășirea acestor obstacole promite să arunce o nouă lumină asupra interacțiunii complicate dintre efectorii endosimbioți și fiziologia și evoluția organismelor gazdă.

(Fluierul)