html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Современные исследования клещей

Акаролог Павел Климов рассказывает, как клещи оптимизировали РНК, нашли новый способ бороться с транспозонами и научились есть кератин

Клещи — древняя и исключительно разнообразная группа живых организмов. За сотни миллионов лет они приспособились к жизни практически во всех возможных местообитаниях и освоили способы питания, недоступные прочим животным, — в частности, они могут питаться птичьими перьями. Долгая адаптация к мелким размерам тела и разнообразным новым условиям отразилась не только во внешнем виде и поведении, но и в адаптациях на молекулярном уровне. Недавние исследования геномов и РНК клещей показывают, что и тут они сильно отличаются от других животных. Вот только несколько важных фундаментальных открытий, совершенных благодаря изучению молекулярно-генетических особенностей этой группы.

Миниатюризация РНК

В лаборатории Мичиганского университета мы занимаемся секвенированием геномов клещей домашней пыли.

Клещи очень маленькие, и, как выяснилось, у большинства из них, за исключением самых крупных, иксодовых, геномы тоже очень маленькие. Мы изучали часть рибосомы, которая составлена из рибосомальной РНК — это структурная РНК, которая имеет каталитические функции фермента, как многие белки. У пылевых клещей структурные РНК, которые составляют бо́льшую часть рибосомы, очень маленькие по сравнению с другими животными, но, несмотря на это, точно так же выполняют фундаментальную функцию синтезирования белка в клетке.

Кроме того, мы изучали транспортные РНК. В школьных учебниках транспортные РНК рисуют в форме листа клевера, а на самом деле у них сложная трехмерная структура. Оказалось, что у клещей транспортные РНК совершенно другие: они почти палочкообразные. Они сами настолько миниатюрны, что даже форма и функция молекулярного аппарата эволюционировали до совершенства. Их транспортные РНК стали гораздо меньше, чем у любых других животных.

Изображение:Клещ домашней пыли // Wikipedia Commons

После того, как мы сделали это открытие, появились статьи других исследователей, которые подтвердили, что короткие транспортные и рибосомальные РНК существуют у других клещей. С помощью этих знаний можно сделать акарицид — препарат, который селективно будет убивать только клещей. Он будет действовать только на короткие РНК и для других животных и насекомых будет не опасен.

Об этом исследовании можно почитать статью Павла Климова:

Борьба с транспозонами

Геном клещей домашней пыли тоже имеет много особенностей. Оказалось, например, что они пользуются уникальным механизмом борьбы с транспозонами. 

Транспозон — это паразитическая ДНК. Короткие участки ДНК, которые не имеют никакой функции, но могут встраиваться в ДНК хозяина, размножаться и передаваться по наследству. В геноме человека транспозоны занимают очень много места, и наши клетки с ними борются. Большинство людей не подозревают, что происходит такая широкомасштабная война на молекулярном уровне ДНК. Если механизм борьбы с транспозонами не работает, популяция обречена: они начнут размножаться без контроля.

У большинства организмов есть специальный механизм под названием PIWI, который регулирует размножение и репликацию транспозонов. Специальные короткие РНК, примерно 20 нуклеотидов, могут их распознавать. РНК находят транспозоны и прикрепляются к ним с помощью водородных связей, а затем этот комплекс находят белки, которые режут транспозоны на две половинки и делают неактивными.

Схематическое изображение перемещения транспозона с помощью механизма «вырезать и вставить» // Wikipedia Commons

У клещей PIWI-механизма нет. Зато в геноме клещей мы нашли гены, которые составляют каталоги ретротранспозонов. С помощью этих каталогов происходит синтез микро-РНК, которые находят ретротранспозоны и уничтожают их.

Эти уникальные микро-РНК можно использовать для генетической инженерии, поскольку их функция в том, чтобы находить участок в геноме и уничтожать его. У микро-РНК существует очень точная функция поиска определенного участка генома. Если этот участок вреден, его можно дезактивировать с помощью ферментов или порезать на куски. Если участок представляет какой-то интерес, туда можно вставить необходимый ген.

Об этом исследовании можно почитать статью Павла Климова:

Клещи и необратимость эволюции

У клещей домашней пыли очень интересная экология. Одно из исследований, которое можно сделать с помощью современных технологий, — строить деревья, которые представляют план эволюционного развития организмов миллионы лет назад, с помощью ДНК-секвенирования. Вся эволюция клещей может быть представлена в виде дерева. Время, когда веточки из этого дерева отделялись от ствола, потом раздваивались и образовывались новые виды, можно узнать с помощью молекулярных часов. Мы построили филогенетическое дерево примерно 300 видов на основании последовательностей пяти генов, выделенных из более чем 300 видов астигматических клещей.

У нас получилось, что в самом начале эволюции астигматические клещи были свободноживущими. Они питались органическими веществами, не хранящимися долгое время, например грибами, которые появляются на несколько недель, а затем исчезают. В начале своей эволюции астигматические клещи специализировались на местообитаниях, которые существуют короткое время, но содержат большое количество еды. Такая стратегия сильно отличается от того, что мы можем видеть, например, у почвенных клещей. Почва — местообитание, которое не имеет ни конца, ни начала и содержит очень мало питательных веществ. Почвенным клещам приходится преодолевать большие расстояния и питаться низкокалорийными веществами.


Дерево астигматических клещей. Синим обозначены свободноживущие, красным — паразитические ветви // Klimov and OConnor

Астигматические клещи пошли по другому пути. Они находят место с большим количеством еды, начинают размножаться очень быстро, создают огромную популяцию. Когда на этом месте питаться больше нечем, клещ прикрепляется к насекомому, оно переносит его в новое место, и жизненный цикл продолжается. Такая стратегия расселения называется форезией: клещи могут путешествовать, прикрепляясь к насекомым, птицам или млекопитающим.

Постепенно клещи стали вырабатывать очень близкие взаимоотношения со своими переносчиками. Они поняли, что можно питаться этими организмами, и стали паразитами. Среди астигматических клещей есть паразиты насекомых, птиц и млекопитающих. Они живут в разных местах: на шерсти, на перьях, на коже, внутри носовых пазух, в респираторных путях, легких. Это очень большая группа — 4000 видов только тех, что живут на млекопитающих и птицах. Все они произошли от одного предка.

Сначала какой-то один вид клещей стал паразитом и дал огромное количество потомков, тысячи видов, которые заселили всех существующих птиц и млекопитающих. Внутри этого дерева паразитических видов мы находим клещей домашней пыли — они не паразитические, а свободноживущие.

Возврат от паразитического образа жизни к свободноживущему многими учеными рассматривался как невозможный, поскольку, будучи паразитами на протяжении миллионов лет, очень сложно сохранить признаки, которые необходимы для свободного образа жизни. У паразитов появляются специальные приспособления для паразитирования, происходят серьезные изменения в геноме. Считается, что после эволюции в качестве паразита на протяжении миллионов лет невозможно перейти к свободноживущему образу жизни. Дерево астигматических клещей показало совсем другой результат. Многие с нами спорили, но мы ожидали этого: такой вывод имеет смысл с экологической точки зрения.

Для паразитов, которые живут на птицах и млекопитающих, хозяин — основной источник еды. Птица когда-то умирает, и, если она не оставляет потомства, на которое переходят клещи, все клещи умирают вместе с ней. Это неудобно. Некоторые паразиты питаются кровью, и это может привести к гибели хозяина, которая невыгодна паразиту. С течением эволюционного времени паразиты старались причинить как можно меньше вреда хозяевам, но размножаться в огромных количествах.

У одной группы клещей появились сильные ферменты, позволяющие расщеплять кератин. Большинство животных неспособно переваривать этот белок, поэтому у клещей появилось эволюционное преимущество. Они смогли потреблять трудноперевариваемые вещества: чешуйки кожи млекопитающих, перья птиц.

Иногда они даже не причиняют вреда своим хозяевам. Когда птицы высиживают птенцов, они сбрасывают большое количество перьев, и гнездо становится для клещей складом еды. Клещи, паразитировавшие на птицах, перешли в гнездо — большой источник кератина. Стратегия оказалась успешной.

Линия клещей, которых мы называем паразитическими, существует уже более 80 миллионов лет. Они перешли в гнезда птиц и стали свободноживущими — один из редких примеров опровержения закона необратимости эволюции.

Эволюция этих свободноживущих видов от паразитического предка — интересный процесс, но если рассмотреть исторические условия, в которых это произошло, то он вполне закономерен.

И об этом исследовании можно почитать статью Павла Климова:

Фото обложки: Wikipedia Commons

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с postnauka.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • PostNauka
          • эволюция
          • ученые
          • университет
          • исследования
          • геном
          • домен postnauka.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции