У американских сомиков обнаружили заразную меланому

Биологи выяснили, что американские сомики из озера Мемфремейгог на границе США и Канады болеют заразной меланомой, которая проявляется в виде обширных черных пятен на коже. На то, что этот вид рака передается от одной особи к другой, указал анализ митохондриального и ядерного генома опухолей. Скорее всего, рыбы заражаются меланомой во время нереста, когда большое количество особей собирается на одном месте и физически контактирует друг с другом. Как отмечается в статье в журнале Nature, меланома сомиков стала четвертым известным видом заразного рака, который циркулирует в естественных условиях.

Раковые клетки обычно не передаются от одной особи к другой. Однако из этого правила есть ряд исключений. Например, у нечеловеческих животных выявлено три вида заразного рака, циркулирующего в естественных условиях. Первый из них — трансмиссивная венерическая опухоль домашних собак (Canis (lupus) familiaris). Она распространяется при спаривании, поражает половые органы и обычно не приводит к смерти. Второй — лицевая опухоль тасманийского дьявола (Sarcophilus harrisii), которая передается от одной особи к другой через укусы за морду и после заражения медленно убивает хозяина. Эта болезнь, представленная двумя эволюционными линиями, ответственна за резкое сокращение численности тасманийских дьяволов. Наконец, некоторые морские двустворчатые моллюски уязвимы к смертельному для них трансмиссивному аналогу лейкемии, который распространяется с водой, порой на сотни километров. Существует не менее 10 эволюционных линий этой болезни, которые независимо возникали у по крайней мере 10 видов этих беспозвоночных и иногда переходили от одного вида к другому.

Команда биологов под руководством Джулии Дрэгон (Julie A. Dragon) из Вермонтского университета описала еще один вид заразного рака у животных. В центре внимания исследователей оказались американские сомики (Ameiurus nebulosus). Эти рыбы среднего размера широко распространены в пресных водоемах на востоке Северной Америки и завезены на запад этого континента. В 2012 году рыбаки и ихтиологи начали замечать, что у многих американских сомиков из озера Мемфремейгог, расположенного на границе американского штата Вермонт и канадской провинции Квебек, на теле появились приподнятые черные пятна значительной площади. В 2014–2017 годах такие поражения наблюдались у 23–37 процентов особей из местной популяции. Гистологический анализ показал, что черные пятна представляют собой раковые опухоли, развившиеся из пигментных клеток, то есть меланому.

Ранее меланому уже неоднократно отмечали у американских сомиков. Однако в озере Мемфремейгог зараженность ею намного выше, чем в каком-либо еще водоеме. Высказывались предположения, что причина этого кроется в загрязнении воды. В то же время анализ тканей больных сомиков из озера Мемфремейгог показал, что генетически клетки опухолей значительно отличаются от окружающих здоровых клеток. Это навело биологов на мысль, что злокачественные клетки не возникают в организме каждой заболевшей рыбы спонтанно, а передаются от одной особи к другой. Чтобы проверить данную гипотезу, Дрэгон и ее коллеги собрали образцы тканей 16 больных меланомой сомиков из озера Мемфремейгог, а также их здоровых сородичей из того же озера и других водоемов Вермонта и соседних штатов Нью-Гэмпшир и Мэн. В выборку вошли ткани мозга, кожи и опухолей.

Исследователи установили, что у каждого больного сомика митохондриальный геном опухоли отличается от митохондриального генома здоровых тканей (и тканей здоровых особей) наличием 32–37 однонуклеотидных вариантов. Большинство из этих вариантов характерны для всех образцов злокачественных тканей. Таким образом, в клетках меланомы разных сомиков присутствуют общие мутации, которых нет в здоровых тканях. Сравнив митохондриальный геном всех образцов меланомы, авторы пришли к выводу, что они образуют единую эволюционную кладу. Это означает, что в популяции сомиков из озера Мемфремейгог присутствует клональная линия раковых клеток. Анализ однонуклеотидных вариантов в ядерном геноме также показал, что клетки меланомы отличаются от здоровых клеток хозяина и формируют единую кладу. При этом они оказались больше похожи на клетки здоровых рыб из Нью-Гэмпшира и Мэна, чем на здоровые клетки хозяев и клетки здоровых особей из озера Мемфремейгог и других водоемов штата Вермонт. Это свидетельствует, что клеточная линия возникла за пределами озера Мемфремейгог и лишь потом распространилась в этот водоем.

Повторив анализ для более масштабных вариаций в структуре ядерной ДНК (делеций, дупликаций, вставок и инверсий), исследователи пришли к похожим выводам. Как и в случае с однонукреотидными вариантами, геномы злокачественных клеток отличались от геномов здоровых тканей хозяев и других особей из озера Мемфремейгог и формировали единую кладу, сестринскую по отношению к кладе, включающей образцы от здоровых рыб из Нью-Гэмпшира и Мэна. Для каждого отдельного вида структурных вариаций авторы обнаружили, что число вариаций, которые характерны только для тканей меланомы и встречаются во всех их образцах, значительно выше, чем число вариаций, которые характерны только для здоровых тканей и встречаются во всех их образцах. Например, в ходе анализа выявлено 2572 специфичные для опухолей делеции, 75 процентов из которых присутствовали у 14 больных рыб из 16. Для сравнения, в тканях мозга было выявлено 166 специфичных делеций, ни одна из которых не встречалась более чем у восьми особей. Дополнительный анализ показал, что у клеток опухолей много общих структурных вариаций друг с другом, но почти нет общих вариаций со здоровыми тканями хозяина.

Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что меланома, которой болеют американские сомики из озера Мемфремейгог, передается от одной особи к другой. По словам Дрэгон и ее соавторов, теоретически высокая заболеваемость рыб из местной популяции раком могла бы объясняться заражением неким онкогенным вирусом или микроорганизмом. Однако анализ не выявил в тканях меланомы ни следов вирусов, поражающих животных, ни специфичных для опухолей микроорганизмов. Меланома сомиков стала первым примером заразного рака у рыб — и первым примером заразного рака в пресноводных экосистемах.

Дрэгон и ее коллеги отмечают, что пока о заразной меланоме сомиков мало что известно. Например, биологам только предстоит выяснить, когда и при каких обстоятельствах появилась эта клеточная линия. Нельзя исключать, что она существует уже много десятилетий или даже столетий, либо независимо возникала несколько раз. Кроме того, неясен механизм ее передачи от одной рыбы к другой. Поскольку меланому выявляли только у половозрелых особей, высока вероятность, что заражение происходит во время нереста, когда много особей скапливаются на небольших участках. Учитывая, что до 2012 года сомики в озере Мемфремейгог заразной меланомой не болели, а к 2015 году ее встречаемость достигла около 30 процентов, для этого вида рака характерна высокая скорость передачи. Наконец, неизвестно, насколько болезнь летальна для заболевших рыб и как она сказалась на численности популяции в озере Мемфремейгог. Возможно, специалистам придется разрабатывать и принимать меры по сдерживанию заразной меланомы, чтобы она не распространилась в другие водоемы и не привела к упадку всего вида.

Ранее биологи обнаружили у антарктических рыб из семейства нототениевых (Nototheniidae) неизвестное кожное заболевание. Из нескольких сотен пойманных особей поражения были примерно у 30 процентов. Ученые выяснили, что опухоли вызвали протисты из семейства Xcellidae (группа Perkinsozoa). Исследователи отнесли их к новому роду Notoxcellia с двумя видами: N. coronata и N. picta. Не исключено, что глобальное потепление может благоприятствовать распространению этих паразитов.