Ученые нашли у муравьев «переключатель» между рабочим и королевой
Исследователи обнаружили, что у муравьев за репродуктивный статус особи в колонии отвечает единственный ген, кодирующий инсулин-подобный пептид второго типа (ILP2). У королев, которые откладывают яйца, в мозге наблюдается повышенная экспрессия этого пептида, а у рабочих, которые выкармливают личинок, — напротив, пониженная. Когда рабочим муравьям вводили синтетический аналог пептида, они начинали откладывать яйца. Ученые также выяснили, что концентрация пептида регулируется сигналами, поступающими от личинок. Статья с результатами исследования опубликована в Science.
Муравьи относятся к эусоциальным насекомым, и у большинства видов в колонии репродуктивные функции возложены на одну или несколько маток (королев), в то время как рабочие особи занимаются коллективным уходом за потомством и не размножаются. Ученые считают, что в процессе эволюции такая форма организации колонии появилась из субсоциальной формы, для которой характерны смена репродуктивной фазы и фазы кормления у множества особей (такая организация сейчас наблюдается, например, у ос).
Немногочисленные виды муравьев, в частности, Ooceraea biroi, вторично вернулись к субсоциальной организации колонии — у них нет королев, а размножением занимаются так называемые эргатоидные самки — промежуточные формы между рабочими и королевами, для которых наблюдается смена фаз репродукции и кормления личинок.
Исследователи из лаборатории социальной эволюции университета Рокфеллера (Нью-Йорк, США) обнаружили, что репродуктивный статус особи зависит от экспрессии инсулин-подобного пептида ILP2 в промежуточном отделе «мозга». Дифференциальная экспрессия гена, кодирующего этот пептид, который по функциям аналогичен инсулину, была обнаружена при анализе РНК в «мозге» у семи видов муравьев, как истинно эусоциальных, так и лишенных королев. Из более чем пяти тысяч генов только экспрессия ILP2 четко различалась у репродуктивных и рабочих особей, причем у первых она была существенно выше.
Чтобы выяснить, как ILP2 влияет на статус особи, исследователи обратились к Ooceraea biroi и обнаружили, что концентрация пептида в мозге также меняется в зависимости от фазы социального цикла. Оказалось, что в присутствии личинок, которых нужно кормить, экспрессия ILP2 у самок падает, и яичники редуцируются. При удалении личинок из колонии концентрация ILP2 начинала возрастать, и в яичниках у самок начиналась продукция яиц. Отсюда ученые сделали вывод, что способность к репродукции подавляется сигналами, поступающими от личинок, через подавление экспрессии ILP2. Если же кормящим особям вводили синтетический аналог инсулина, вне зависимости от присутствия в колонии личинок у них начиналась продукция яиц.
Авторы исследования предположили, что в процессе перехода от субсоциальности к истинной эусоциальности некоторые особи, которые лучше питались и соответственно, продуцировали больше инсулина, потеряли чувствительность к ингибиторным сигналам, поступающим от личинок. Взамен они приобрели способность постоянно размножаться и сформировали касту королев. Остальные особи в колонии, соответственно, потеряли способность к размножению из-за постоянного присутствия личинок и сформировали касту рабочих.
В предыдущих исследованиях на муравьях из рода Dinoponera исследователи не смогли идентифицировать конкретные гены, отвечающие за «карьеру» насекомых, и предположили, что она определяется сетью взаимодействий между генами. Кроме того, ранее исследователи показали наличие особых «социальных» хромосом, которые определяют количество королев в колонии.
Дарья Спасская
С помощью модуляции дофаминовой сигнализации
Американские ученые разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Введение этого вектора макакам-резусам с симптомами алкоголизма снижало вероятность злоупотребления алкоголя в течение года. Как сообщается в журнале Nature Medicine, такое изменение в поведении сопровождалось нейрофизиологическими модуляциями дофаминовой сигнализации в прилежащем ядре, которая обычно страдает при хроническом употреблении алкоголя. Несмотря на то, что расстройства, связанные с употреблением алкоголя, наносят огромный экономический и социальный ущерб, существует лишь несколько эффективных фармакотерапевтических средств. При этом не существует подходов, которые бы непосредственно воздействовали на лежащие в основе адаптации нейронные контуры, которые формируются при длительном употреблением алкоголя и лежат в основе алкогольной зависимости. Команда ученых под руководством Кристофа Банкевича (Krystof Bankiewicz) из Университета штата Огайо исследовала, как на эти схемы мог бы повлиять глиальный нейротрофический фактор (GDNF), поскольку известно, что он принимает непосредственное участие в регуляции дофаминергических нейронов (они непосредственно связаны с развитием алкоголизма). Для этого авторы разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий GDNF. Поскольку неспособность длительно отказываться от алкоголя и неспособность сократить количество потребляемого алкоголя выступают двумя основными проблемами у людей с алкогольной зависимостью, ученые смоделировали такое поведение у макак. Они многократно повторяли циклы ежедневного опьянения с последующим воздержанием от алкоголя. Когда необходимые паттерны поведения были достигнуты, макаки-резусы четыре недели пили воду вместо этанола. Затем каждой обезьяне в мозг вводили либо экспериментальный, либо контрольный вектор. Через два месяца макакам возобновили доступ к алкоголю на четыре недели. В общей сложности ученые шесть раз повторили циклы принудительного воздержания и повторного введения алкоголя, чтобы смоделировать подобные циклы. Экспериментальный вектор значительно снижал потребление алкоголя в периоды повторного введения алкоголя в течение года (р ≤ 0,001). Причем у макак из экспериментальной группы наблюдалось снижение максимальной дозы потребляемого алкоголя уже в первый день после абстиненции (р ≤ 0,0001). Магнитно-резонансная томография и гистологические исследования тканей мозга показали, что лечение вектором с GDNF восстанавливало дофаминергическую функцию в прилежащем ядре, которая обычно снижена в мезолимбической системе после хронического употребления алкоголя. Повышенная экспрессия GDNF увеличивала доступность и использование дофамина в пути вознаграждения макак до значений, сравнимых со здоровыми макаками. Это доклиническое исследование показывает возможность нового подхода к лечению алкоголизма — с помощью генной терапии. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение подробного профиля безопасности препарата у животных. Недавно мы рассказывали, что тягу к алкоголю (и другим веществам) можно зафиксировать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.