Заражай и властвуй!

Еще совсем недавно изучению роли бактерий, живущих внутри организмов, не уделялось достаточного внимания. По современным данным, микроорганизмы-сожители оказывают огромное влияние не только на здоровье, но и на поведение своих хозяев, и даже способствуют образованию среди них новых видов! Одними из ярких представителей таких микроорганизмов являются бактерии рода вольбахия, которые живут внутри клеток насекомых, влияя на их размножение, поведение и общую приспособленность к условиям окружающей среды.

В Институте цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) особое внимание уделяется исследованиям патогенного штамма вольбахии wMelPop (от popcorn), названного так за его способность быстро размножаться в клетках организма-хозяина, заполняя их подобно попкорну в микроволновке. Бактерии начинают активно делиться в мозгу взрослого насекомого, постепенно разрушая его нервную систему и значительно снижая продолжительность жизни. Сейчас в мире проводятся испытания этого патогенного штамма в качестве «биологического оружия» против желтолихорадочных комаров, переносчиков опасного заболевания человека – лихорадки Денге: оказалось, что в организме насекомых, зараженных вольбахией штамма wMel, вирус Денге практически не размножается.

Бактерий рода Wolbachia по праву можно назвать одними из самых распространенных микроорганизмов на Земле. По последним данным, они встречаются у 40 % видов наземных беспозвоночных, включая насекомых, паукообразных, ракообразных и нематод, и круг хозяев, в которых обнаруживают эти бактерии, постоянно расширяется (Zug, Hammerstein, 2012). А ведь только одних насекомых известно на сегодня более 1 млн видов!

Удивительные способности вольбахии, обеспечивающие такое широкое распространение этих микроорганизмов в природных популяциях беспозвоночных, отражены в таких часто используемых для них названиях, как «репродуктивный паразит» и «бактерия-манипулятор».

Дело в том, что вольбахия способна вызывать у своих хозяев все четыре известные на сегодня модификации полового размножения, возникающие под действием микроорганизмов (Yen, Barr, 1971; Werren et al., 2008). Подобное влияние бактерии на размножение беспозвоночных связано с тем, что они обязательно «заселяют» клетки яичников и семенников.

Поскольку вольбахия может жить только внутри клеток живого организма, то и передается она из поколения в поколение хозяев преимущественно через цитоплазму яйцеклеток, т. е. по материнской линии («вертикальный перенос»). Передача от одной особи к другой («горизонтальный перенос») в природе происходит достаточно редко, однако в эволюционном масштабе времени такие события все же случаются, что отчасти объясняет широкое распространение бактерий в природе.

Венера против Марса

Заражение вольбахией приводит к возникновению у ее хозяев ряда репродуктивных нарушений.

Цитоплазматическая несовместимость проявляется в гибели потомства от зараженного самца и незараженной вольбахией самки, а также от двух особей, зараженных разными штаммами бактерии. Этот наиболее широко распространенный вид репродуктивного нарушения обнаружен у большого количества насекомых, равноногих ракообразных и клещей. Процент смертности, происходящей на эмбриональной стадии, может варьироваться...