ショウジョウバエは寄生バチから生き残るために細菌の防御を盗みます

寄生虫とその宿主の間で絶え間なく続く軍拡競争では、競争に勝つ攻撃や防御を成功させる鍵となるのはイノベーションであると考えられていた。

しかし、企業世界のように、完全な窃盗が支配を達成するためのより手っ取り早い方法となる場合もあります。

カリフォルニア大学バークレー校の生物学者らは、数種のショウジョウバエが寄生バチによる捕食から生き残るために細菌からの防御をうまく盗んでいることを示した。一部のハエでは、すべてのハエの幼虫の半分が赤ちゃんバチの代理子宮に変わる可能性がある。 1979 年の映画「エイリアン」の怪物にインスピレーションを与えた恐ろしい運命。

細菌や他の微生物は、他の微生物やウイルスから遺伝子を盗むことで有名です。このいわゆる水平遺伝子伝達は、病原微生物間の厄介な抗生物質耐性の原因となります。しかし、昆虫や人間などの多細胞生物ではあまり一般的ではないと考えられています。それが動物でどの程度一般的であるか、またこれらの遺伝子がどのように取り込まれ共有されるかを理解することは、科学者が動物の免疫防御の進化を理解するのに役立ち、寄生虫や感染症、または一種の寄生虫である癌と戦うための人間の治療法への道を示す可能性があります。

これは、水平移入された遺伝子も含む私たちの免疫システムを含め、免疫システムがどのように進化するかを理解するためのモデルです。」

ノア・ホワイトマン、カリフォルニア大学バークレー校、分子細胞生物学および統合生物学の教授、同キャンパスのエシグ昆虫博物館館長

昨年、ハンガリーの研究者とその同僚は、CRISPRゲノム編集を使用して、広く普及しているあるハエ種の防御に関与する遺伝子をノックアウトした。 ショウジョウバエのパイナップルそして、ほぼすべての遺伝子組み換えハエが寄生バチによる捕食で死亡したことが判明した。

12月20日にジャーナルに掲載された新しい研究では 現在の生物学生物学者たちは、この防御が – であることを証明しました。毒素をコードする遺伝子 -;一般的な実験室のショウジョウバエのゲノムに編集することができます。 キイロショウジョウバエ寄生蜂に対しても耐性を持たせるためです。この遺伝子は本質的にハエの免疫システムの一部となり、寄生虫を撃退するための武器の1つとなります。

この結果は、盗まれた防御が飛行の生存にとっていかに重要であるかを示しており、科学者が疑う動物においてより一般的である可能性のある戦略を浮き彫りにしている。

この論文の筆頭著者であるカリフォルニア大学バークレー校の博士課程学生レベッカ・タルノポル氏は、「これは遺伝子の水平伝播が動物の急速な進化において過小評価されている方法であることを示している」と述べた。 現在の生物学 紙。 「遺伝子の水平伝播は、微生物の急速な適応を促進する主な要因の一つであると人々は評価していますが、このような出来事は動物では非常に珍しいことだと考えられていました。しかし、少なくとも昆虫では、かなり頻繁に起こっているようです。」

この論文の上級著者であるホワイトマン氏は、「この研究は、宿主の防御を克服する新しい方法を絶えず進化させている寄生虫の集中攻撃に対抗するために、動物にとって良い戦略は、より急速に進化している動物から遺伝子を借用することであることを示している」と述べている。ウイルスや細菌、そしてそれがまさにこのハエの仕業なのです。」

ウイルスから細菌、そして飛翔する遺伝子の流れ

ホワイトマンは、昆虫がどのように進化して、植物が食べるのを防ぐために生成する毒素に抵抗するように進化したかを研究しています。 2023年、カフェインやニコチンなど、人間が享受するようになった植物毒素について書いた本『Most Delicious Poison』を出版した。

彼が焦点を当てている植物と草食動物の相互作用の 1 つは、ショウジョウバエ間の相互作用です。 スカプトミザ・フラバ そして、世界中の小川に生えるクレソンのような、酸っぱい味のカラシナ。

「ハエの未熟な段階である幼虫は植物の葉の中に住んでいます。ハモグリバエで、葉に小さな跡を残します」とホワイトマン氏は言う。 「彼らはまさに植物の寄生虫であり、植物は特殊な化学物質を使って彼らを殺そうとしているのです。私たちはその軍拡競争を研究しています。」

しかし、彼が学んだことは、おそらく地球上で最も成功した草食動物である他の多くの昆虫にも当てはまります。

「これらは目立たない小さなハエですが、生きているすべての昆虫種の半分が草食動物であるという事実を考えると、これは非常に一般的な生活史です。その進化を理解することは、草食動物がどのように成功したかという観点から進化一般を理解する上で非常に重要です」です」と彼は言いました。

これらのスズメバチは幼虫またはウジの体内に卵を産み、幼虫が動けない蛹になるまでそこに留まり、その時点でスズメバチの卵はハエの蛹を食べるスズメバチの幼虫に成長し、最終的には成虫として羽化します。

タルノポールが初めて遺伝子編集を使用して、すべての細胞で毒素遺伝子を発現させたとき キイロショウジョウバエ、 すべてのハエが死にました。しかし、タルノポリが特定の免疫細胞のみでその遺伝子を発現させたところ、このハエはそのいとこと同じくらい寄生虫に対して耐性を持つようになった。 D.アナナセ。

その後、ホワイトマン、タルノポリ、および彼らの同僚は、その遺伝子がヒトのゲノム内に存在することを発見した。 D.アナナセ -; 2つの毒素遺伝子間の融合、 細胞致死性膨張毒素B (cdtB） そして 56kDaのアポトーシス誘導タンパク質 (aip56)、研究者たちはこう呼んだ フュージョンB -; DNAを切断する酵素をコードします。

「私たちは、無脊椎動物の免疫系に関与している可能性のある体液性免疫因子の巨大な未開発の世界を発見してきました」とタルノポリ教授は語った。 「私たちの論文は、少なくともショウジョウバエにおいて、このタイプの免疫反応がスズメバチや線虫などの天敵に対処する一般的なメカニズムである可能性があることを示した最初の論文の1つです。これらの論文は、一部の天敵よりもはるかに致死性が高い性質を持っています。」ほとんどの人が扱っている微生物感染症です。」

ホワイトマン氏と彼の同僚は、ハエとスズメバチの間のこうした相互作用の複雑さと、ハエが自らを死なせることなく毒素を合成できるようにした細胞および遺伝子の変化について、現在も調査を続けている。

「もし遺伝子が間違った組織で発現されれば、ハエは死んでしまうだろう。その遺伝子が自然選択によって集団全体に広がることは決してない」とホワイトマン氏は語った。 「しかし、それが脂肪体組織でそれを少し発現させるエンハンサーや調節成分の近くのゲノム内の場所に着地すれば、それがどのようにしてこの脚を非常に速く持ち上げることができるかがわかり、この驚くべき利点が得られます。 」

どのような生物でも遺伝子の水平伝播は同様の問題を引き起こすだろうが、捕食者と被食者との間の軍拡競争においては価値があるかもしれない、と同氏は述べた。

「あなたがかわいそうな小さなショウジョウバエのとき、あなたを利用するために急速に進化する病原体や寄生虫にどうやって対処するのですか？」彼は言いました。 「1つの方法は、急速に進化している細菌やウイルスから遺伝子を借用することです。これは独創的な戦略です。自分の遺伝子が助けてくれるのを待つのではなく、自分たちよりも急速に進化している他の生物から遺伝子を借用するのです。そして、非常に多くの異なる昆虫がこの遺伝子を取り込んでいることを考えると、これは昆虫では独立して何度も起こっているようであり、自然免疫システムを持っていない動物でも起こっている新しい種類のダイナミズムの全体像を与えてくれます。持っている適応免疫です。」

ホワイトマンの研究は、国立衛生研究所の国立一般医学研究所から資金提供を受けました (R35GM119816)。この論文の他の共著者は、カリフォルニア大学バークレー校のジョセフィン・タムシル氏、ジ・ホン・ハ氏、キルステン・フェルスター氏、スーザン・バーンスタイン氏、ハンガリーのギョンジー・シネゲ氏、エディット・アブラム氏、リラ・B・マジャール氏、ゾルタン・リピンスキー氏、スタンフォード大学のバーナード・キム氏である。

ソース：

カリフォルニア大学バークレー校

参考雑誌:

タルノポリ、RL、 他。 （2024年）。ファージ由来の遺伝子をショウジョウバエに実験的に水平移入すると、寄生虫に対する自然免疫が付与されます。 現在の生物学。 doi.org/10.1016/j.cub.2024.11.071。

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#ショウジョウバエは寄生バチから生き残るために細菌の防御を盗みます
2024-12-25 02:52:00