В геноме клещей нашли уникальные гены паразитизма

Международная группа исследователей завершила секвенирование обширного генома черноногих клещей, обнаружив в нем множество адаптаций, которые делают их прекрасно приспособленными паразитами и опасными переносчиками болезней. Основные результаты работы представлены в журнале Nature Communications, о них также рассказывает пресс-релиз Университета Пердью.
Миллионы лет паразитизма сделали черноногих клещей Ixodes scapularis великолепно приспособленными к этому образу жизни. Все многочисленные адаптации, включая сложный коктейль веществ слюны, «закодированы» в их огромном — длиной 2,1 миллиарда нуклеотидных оснований — геноме, на расшифровку которого у ученых Университета Пердью и их коллег из нескольких десятков других институтов ушло почти 10 лет.
Как выяснилось, впечатляющий размер генома, достигающего почти трети от нашего, во многом стал результатом накопления большого количества дупликаций и ретротранспозонов, на которые приходится около 70 процентов ДНК клещей. Как правило, такие генетические элементы удаляются, и, например, у паутинного клеща Tetranychus urticae на них приходится менее 10 процентов генома. Однако у I. scapularis многие из них сохранились, мутировали и приобрели новые функции, позволив паразитам быстрее эволюционировать. По расчетам авторов, основная часть этих изменений произошла сравнительно недавно, вскоре после ледникового максимума, когда клещи, следуя за своими хозяевами, быстро осваивали новые открывавшиеся местообитания.
Ученым, работавшим под руководством профессора Катерины Хилл (Catherine Hill), удалось идентифицировать в общей сложности 20 486 кодирующих белки генов. Около 60 процентов из них встречаются и у других членистоногих, и еще около 20 процентов — у других клещей, в том числе не паразитических. Однако оставшаяся часть оказалась уникальной для I. scapularis.
Это, в частности, гены, связанные с тарзальными хеморецепторами, благодаря которым клещ обнаруживает потенциальную жертву, а также многочисленные гены, участвующие в защите от токсических веществ. Идентифицированы и гены, которые вовлечены в быстрый рост кутикулы, происходящий при питании, когда паразит, насыщаясь кровью, многократно увеличивает объем своего тела. Показаны уникальные механизмы переваривания гемоглобина в везикулах клеток кишечника, который завершается высвобождением «готовых» аминокислот и разрушением железосодержащей группы.
Однако особенное впечатление производит число и разнообразие генов, кодирующих богатый белковый коктейль слюны, где содержатся обезболивающие и цементирующие вещества, антикоагулянты и вазодилататоры, соединения, подавляющие иммунитет хозяина и излишний рост бактерий в месте укуса. По оценке авторов, до 0,4 процента всего протеома клещей приходится на белки, содержащие домен Кунитца, который ингибирует действие протеаз — именно такие белки вовлечены в подавление свертывания крови, вазодилатацию (расслабление гладкой мускулатуры сосудов) и подавление иммунитета. Для сравнения, среди белков человека на такие ферменты приходится не более 0,05 процента всех белков.
«I. scapularis стал первым медицински значимым клещом с прочитанным геномом», — отмечают авторы работы. По их словам, работа открывает совершенно новые перспективы для понимания механизмов, вовлеченных в паразитизм и передачу болезней — а значит, и для поиска путей противодействия им.
Параллельно этому исследователи опубликовали еще шесть статей, которые подводят итог этому масштабному проекту и раскрывают другие аспекты жизни и эволюции I. scapularis и разносимых им инфекций. В частности, публикация в журнале PLoS Neglected Tropical Diseases посвящена вызывающему энцефалит флавивирусу Лангат. Авторы изучили изменения, происходящие в зараженных им клетках самих клещей, и с помощью масс—спектрометрии идентифицировали более 260 белков, экспрессия которых меняется при инфекции. Большинство из них (198) под влиянием вируса снижают экспрессию — как показали ученые, эти белки вовлечены в ключевые метаболические процессы клетки, такие как трансляция, метаболизм аминокислот и фолдинг белков. Экспрессия остальных 68 белков в зараженной клетке возрастает, и авторы указывают на них как на возможную мишень разработки препаратов для лечения этой крайне опасной инфекции.

Роман Фишман