Исследования ученых ТГУ позволят прогнозировать приход новых эпидемий
Ученые Биологического института ТГУ исследуют механизм хромосомной изменчивости малярийных комаров – кровососущих насекомых, передающих людям опасные инфекции.
В рамках проекта, поддержанного РНФ, биологи проведут полное секвенирование геномов двух видов – Anopheles messeae и Anopheles beklemishevi, широко распространенных в России. Это даст максимум информации об адаптивных возможностях комаров, например, их способности переносить холод или засуху, передавать те или иные заболевания и так далее. При возникновении опасности эпидемии инфекции, распространяемой малярийными комарами, генетическая информация поможет быстро реагировать, создавая инсектициды прицельно действующее на этот вид.
«Малярийные комары — одни из самых опасных животных в мире. Они способны переносить множество опасных инфекций, включая малярию, лихорадку Западного Нила, лихорадку Маяро, лимфатический филяриоз, дирофиляриоз и другие заболевания, – говорит руководитель проекта, профессор Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов.
– В нашей стране малярия давно искоренена, но малярийные комары никуда не исчезли. Более того, вследствие изменения климата они активно расширяют свой ареал, продвигаясь на север и восток. С учетом того, что люди сейчас активно перемещаются по планете, посещают экзотические страны, риск завоза опасных инфекций и развития новых эпидемий значительно возрастает. Чтобы этого не допустить, нам необходимо знать генетический состав малярийных комаров, которые живут рядом с нами».
В рамках нового проекта биологи будут исследовать два вида малярийных комаров, широко распространенных в РФ и Томской области – Anopheles messeae и Anopheles beklemishevi. Их геномы ученые сравнят с геномом родственного комара Anopheles freeborni, обитающего в США. Поскольку распространение малярийных комаров в Евразию шло из Северной Америки, сравнение сибирских комаров с более предковым видом позволит выявить произошедшие хромосомные изменения.
«Это важно, поскольку хромосомные мутации могут обеспечивать носителю новые свойства, – объясняет Игорь Шарахов. – Известен пример из Африки, где при исследовании Anopheles gambiae было установлено, что одна довольно распространенная инверсия (вид мутации, при котором участок хромосомы разворачивается на 180 градусов), оказалась напрямую связана сo способностью комаров выживать в условиях засухи. Это позволяет виду значительно расширить ареал, выйти за пределы тропических лесов и освоить саванну».
По словам ученого БИ ТГУ, многие адаптивные особенности организмов закодированы в иx геномax. Прочитав полностью геном малярийных комаров, биологи смогут в полной мере оценитьпотенциал изучаемых видов, в том числе их способность адаптации к неблагоприятным факторам (засухе, холоду, жаре и так далее). Применительно к сибирским комарам, появится возможность на генетическом уровне изучать способность самок впадать в диапаузу и переживать суровые зимы.
Расшифровка генома расскажет и о «пищевых» предпочтениях комаров (то есть чью кровь будет пить насекомое – птиц, людей, теплокровных животных или окажется всеядным). Это позволит определить круг источников инфекции, от которых комар может заразиться, и потенциальных жертв, которым он передаст возбудителя инфекции. Наряду с этим исследователи смогут проанализировать гены, отвечающие за передачу заболеваний и сделать выводы относительно того, какие инфекции может переносить каждый конкретный вид.
Одной из задач, решаемых в рамках проекта, станет построение карт геномов трех видов комаров. Наряду с этим исследователи намерены выяснить механизмы хромосомных изменений, и узнать каково их разнообразие внутри вида. Методом геномного анализа будет проверяться гипотеза, согласно которой причиной хромосомных мутаций может быть «мусорная» ДНК или так называемыe «прыгающиe» элементы. Их особенность — способность перемещаться из одного участка хромосомы другой, приводить к ее разрыву и перестройке.
«Фундаментальная задача нашего проекта – изучение влияния инверсии на работу генов, – говорит Игорь Шарахов. – Будут измерены профили генной экспрессии у комаров с инверсией и без нее. В процессе экспрессии наследственная информация преобразуется в РНК и затем в белок, поэтому уровень РНК важен с точки зрения функциональных возможностей организма».
В ходе реализации проекта будут использованы новейшие технологии и инструменты, позволяющие извлечь большой объем новых данных, например, метод длинных прочтений последовательностей ДНК. Для картирования последовательностей ДНК на хромосомах будет применена флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) – метод молекулярной цитогенетики, при помощи которого идентифицируетсяконкретная хромосома или часть хромосомы где находится ген. С помощью этих подходов определяются изменения в хромосомах, которые невозможно выявить обычными цитогенетическими методами.
Данные, которые ученые получат по итогам исследований, будут иметь не только большую фундаментальную, но и практическую значимость. Во-первых, понимание адаптивных возможностей вида позволяет прогнозировать его ареал при тех или иных экологических параметрах.
Это в свою очередь поможет просчитывать риски распространения заболеваний, передаваемых малярийными комарами. Во-вторых, в случае возникновения угрозы пандемии, обусловленной участием в ней малярийных комаров, наличие геномных данных дает возможность определить мишени для прицельного сокращения популяции либо ее уничтожения с предварительным расчетом экологических рисков.