כיצד נגיף חוטף זרע חרקים כדי לשלוט במחוללי מחלות ומזיקים?

פרסומת
X-ray_Promo1


חיידק נפוץ בשם Wolbachia ווירוס שהוא נושא עלול לגרום לסטריליות אצל חרקים זכרים על ידי חטיפת הזרע שלהם, ולמנוע מהם להפרות ביציות של נקבות שאין להן את אותו שילוב של חיידקים ונגיפים. מחקר חדש בראשות חוקרי מיקרוביום בפן סטייט חשף כיצד השילוב המיקרוביאלי הזה מפעיל מניפולציות על זרע, מה שעלול להוביל לטכניקות מעודנות לשלוט באוכלוסיות של מזיקים חקלאיים וחרקים הנושאים מחלות כמו זיקה ודנגי לבני אדם.

פרסומת

המחקר פורסם בגיליון 8 במרץ של כתב העת מַדָע.

"וולבכיה הוא החיידק הנפוץ ביותר בבעלי חיים והוא חי באופן סימביוטי בתוך רקמות הרבייה של כ-50% ממיני החרקים, כולל כמה יתושים וזבובים", אמר סת' בורדנשטיין, פרופסור לביולוגיה ואנטומולוגיה, מנהל המרכז למיקרוביום בריאות אחד בפן. מדינה, ואחד מראשי צוות המחקר. "לוולבאצ'יה יש גנים מנגיף שנקרא פרופג WO המשולבים בגנום שלו. גנים אלה – cifA ו-cifB – מאפשרים לחיידקים לתמרן בצורה יוצאת דופן את הזרע ולהתפשט במהירות דרך אוכלוסיית חרקים לטובתם".

כאשר חרק זכר ונקבה שלשניהם וולבאכיה מזדווגים, הם מתרבים בהצלחה ומעבירים את החיידקים. אבל כאשר זכר עם וולבאכיה מזדווג עם נקבה ללא וולבאכיה, הזרע הופך קטלני לביציות המופרות, ונכנע אותן למוות. מערכת זו מגדילה באופן ערמומי את שיעור הצאצאים עם וולבכיה והנגיף בדור הבא, מכיוון שנקבות עם החיידק מצליחות להתרבות בתדירות גבוהה יותר מאשר נקבות ללא.

מערכת זו נמצאת בשימוש במספר מחקרי פיילוט מתמשכים ברחבי העולם כדי לשלוט במזיקי חרקים ובמחלות הנגיפיות המזיקות שהם נושאים. לדוגמה, כדי לשלוט באוכלוסיית מזיקים חקלאיים או אנושיים שאין להם את החיידקים, מדענים משחררים זכרים עם וולבאכיה על מנת להרוס את האוכלוסייה.

"אחת מכוחות העל של וולבאצ'יה היא שהיא חוסמת נגיפי RNA פתוגניים כמו נגיף זיקה, דנגי וצ'יקונגוניה, ולכן יתושים עם וולבאצ'יה אינם מעבירים את הנגיפים הללו לאנשים כשהם נושכים", אמר בורדנשטיין. "לכן, שחרור של יתושים זכרים ונקבות כאחד עם וולבאצ'יה באזור בו הוא לא קיים כבר מוביל להחלפת האוכלוסייה ביתושים שאינם יכולים עוד להעביר מחלה ויראלית. תוכנית היתושים העולמית משתמשת כעת בוולבכיה כדי לשלוט וירוסים ב-11 מדינות. עם המחקר הזה, אנו חושפים את המכניקה הבסיסית של אופן פעולת התהליך הזה כדי שנוכל לכוונן את הטכניקה כדי להרחיב את היקפו באמצעי בקרת וקטורים."

הגנים WO הנביאים של Wolbachia מקודדים לחלבונים המפריעים להתפתחות תקינה של תאי זרע. חלבונים אלה משפיעים על טרנספורמציה קריטית במהלך התפתחות הזרע, כאשר הגנום של הזרע נארז מחדש והזרע משתנה מצורת קאנו לצורה דמוית מחט מעודנת יותר.

"שינוי צורה זה חשוב להפליא להצלחת הזרע, וכל הפרעה יכולה להשפיע על יכולתו של הזרע לנוע בדרכי הרבייה הנשית ולהפרות בהצלחה את הביצית", אמר רופנדר קאור, עוזר פרופסור לביולוגיה ואנטומולוגיה בפן סטייט. המנהיג השני של צוות המחקר. "המעבר שמור מאוד כמעט בכל דבר, מחרקים לבני אדם. פגמים בתהליך זה יכולים לגרום גם לסטריליות גברית בבני אדם".

לדברי החוקרים, זרע נוטה במיוחד לנזק ותיקון של DNA במהלך המעבר הזה. במחקר זה, הם מצאו שלזרע שנחשף ל-Wolbachia, או לחלבוני Cif בלבד, יש רמה מוגברת של נזק ל-DNA בשלב זה. נזקי ה-DNA, אם לא יתוקנו בזמן, עלולים לגרום לאריזה לא תקינה של גנום הזרע, אי פוריות גבר וחוסר כדאיות עוברית.

"תוצאות אלו אישרו את ההשפעה של חלבוני Wolbachia ו-Cif בשלב זה של התפתחות הזרע, אך עדיין רצינו לדעת מה קורה בשלבים מוקדמים יותר כדי לעורר את השינויים הללו", אמר קאור. "ערכנו סדרה של בדיקות כדי לחקור את המבנה והתפקוד הביוכימי של חלבוני ה-Cif ומצאנו שהם יכולים לבקע מולקולות שליח הנקראות RNA ארוך שאינו מקודד, מה שמציב את השלב להפריע להתפתחות ותפקוד הזרע במורד הזרם".

החוקרים השתמשו בזבובי פירות עם Wolbachia כדי לבדוק את הקשר הפוטנציאלי בין החיידקים ל-RNA ארוך שאינו מקודד. הם גילו ש-Wolbachia – או חלבוני Cif בלבד – הפחיתו את כמות ה-RNAs הללו. בנוסף, לזבובים מוטנטים עם ביטוי מופחת של RNAs אלה בשילוב עם Wolbachia היו רמות גבוהות של אי-כדאיות עוברית מכיוון שהם הגבירו את תהליך המעבר הפגום של התפתחות הזרע. אז, הסביר קאור, חלבוני הנגיף שולטים בזרע על ידי דלדול ה-RNA הארוכים הלא-מקודדים הנדרשים לתפקוד תקין של הזרע.

"רנ"א ארוכים שאינם מקודדים אינם מייצרים חלבונים בעצמם, אך יכולים להיות להם השפעות עמוקות על ויסות תפקודם של גנים אחרים הנדרשים להתפתחות הזרע", אמר בורדנשטיין. "על ידי שינוי החלק הלא-מקודד הזה של הגנום, מצאנו שחלבוני Cif מתחילים להשפיע על הזרע כבר משלבי ההתפתחות המוקדמים ביותר. הגנים הנביאים WO של וולבאכיה פועלים כמו בובנאים מאסטרים, מתמרנים את התפתחות הזרע באופן שמאפשר את הגנים שלהם ואת הסימביוטיקה שלהם. חיידקים להתפשט במהירות דרך אוכלוסיות פרוקי רגליים."

מכיוון שתהליך התפתחות הזרע נראה דומה בכל ממלכת החיות, החוקרים אמרו שידע על תהליך זה יכול להעניק תובנה לגבי אתגרי הסטריליות בבני אדם וכן להודיע ​​לשיטות בקרה חדשות של אוכלוסיות חרקים מזיקות.

"עכשיו, לאחר שהנדסנו את התהליך הזה לאחור, אנחנו יכולים לכוונן שיטות של בקרת אוכלוסיה עם Wolbachia שכבר נמצאות בשימוש", אמר קאור. "אנו מתכננים לנצל את הידע הזה כדי להגביר את שיטות ההדברה וההדברה של מחלות הקיימות כיום, ואולי לחקות את הטכניקה ללא וולבאכיה או חלבוני וירוס בטווח הארוך."

בנוסף לבורדנשטיין וקאור, צוות המחקר כולל את אנג'לינה מקגרי, טכנולוג מחקר II בפן סטייט; ג'יי דילן שרופשייר, עוזר פרופסור באוניברסיטת ליהי; ובריטני לי, חוקרת פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ונדרבילט בזמן המחקר.

מימון מהמכונים הלאומיים לבריאות, הקרן הלאומית למדע בארה"ב ופן סטייט תמכו במחקר זה.



קישור לכתבת המקור – 2024-03-07 23:51:04

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר