Учёные Томского государственного университета исследуют эволюцию малярийных комаров, их способность переносить опасные инфекции и адаптироваться к новым условиям для расширения ареала. В рамках международного проекта, поддержанного РНФ (№ 21–14–00182) и другими фондами, генетики «прочитали» геномы 13 видов комаров группы Maculipennis из Америки и Евразии. Учёные выяснили, что распространение насекомых, по вине которых до сих пор ежегодно гибнут сотни тысяч людей, происходило из Северной Америки через Сибирь в Европу. У малярийных комаров, обитающих в Сибири, связь между хромосомными перестройками и способностями к адаптации на геномном уровне исследуется впервые. Результаты исследований опубликованы в журнале BMC Biology.
– Реконструкция эволюции малярийных комаров важна не только с фундаментальной точки зрения, но имеет и очень важное практическое значение, – говорит основной исполнитель проекта РНФ, профессор Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов. – Если мы выясним последовательность происхождения видов комаров, то поймем, как менялись геномы, и как происходило приспособление к новым условиям, мы также сможем определять происхождение способности комаров переносить возбудителей опасных инфекций и адаптироваться к новым патогенам.
В рамках проведённых исследований генетики изучили геномы 13 видов малярийных комаров, из них 11 палеарктических (евразийских) и два неарктических из Северной Америки. В том числе был секвенирован геном самого северного вида малярийных комаров – Anopheles beklemishevi, открытого и описанного в Томске в 1976 году профессором кафедры генетики и клеточной биологии БИ ТГУ Владимиром Стегнием (совместно с В.М. Кабановой) и названного в честь выдающегося русского биолога Владимира Николаевича Беклемишева.
– Мы выделили 1271 ген, которые присутствуют в одной копии у всех 13 видов, произошли от общего предка и передавались вертикально в процессе эволюции, – объясняет Игорь Шарахов. – На основе этой информации было построено филогенетическое (эволюционное) древо. В его корнях, как мы и ожидали, оказались два североамериканских вида, которые являются предковыми для остальных 11 видов. Следующим за ними идёт An. beklemishevi.
Геномный анализ позволил учёным найти ответ на давний вопрос, каким путём данный вид попал в Сибирь. Ранее существовало две версии: согласной первой – An. beklemishevi «пришёл» через Гренландию, когда десятки миллионов лет назад она была связана с Европой. Согласно второй, миллионы лет назад был другой путь, который связывал Америку с Евразией, – Берингов мост, или как его еще называют Берингов перешеек. В настоящее время это Берингов пролив, но несколько раз в истории планеты он превращался в участок суши, соединявший Чукотку с Аляской. По нему мигрировали теплокровные животные, а вместе с ними могли попасть и кровососущие насекомые.
– Аnopheles beklemishevi является предковым видом для всех евразийских видов. Это подтвердилось в данной работе и при помощи анализа филогенетических древ, построенных на основе хромосомных перестроек. Возможно, именно An. beklemishevi или его предок мигрировал из Америки в Евразию, – говорит Игорь Шарахов – В результате более позднего видообразования возникли южные виды Аnopheles sacharovi (злостный переносчик малярии) и Аnopheles martinius. Потом в Европе появились сестринские виды – Аnopheles atroparus и Аnopheles labranchiae. Самыми молодыми оказались Anopheles maculipennis, Anopheles messeae и Anopheles daciae.
Два последних – очень широко распространенные в Евразии виды, с высоким уровнем хромосомного полиморфизма, благодаря которому они могут занимать огромные территории и с лёгкостью адаптируются к разным условиям.
Геномный анализ помог учёным и в датировании процессов видообразования. Используя калибровки времени из других работ, удалось установить, что An. beklemishevi и остальные евразийские виды разделились примерно 20 миллионов лет назад. Именно в это время существовал Берингов мост. Гипотеза миграции через Гренландию и Европу, которые были связаны не позднее 50 миллионов лет назад, идёт вразрез с результатами геномного анализа.
Исходя из полученных данных, учёные ТГУ предполагают, что после миграции малярийных комаров через Берингов мост массовые оледенения «отодвинули» малярийных комаров на другие территории, в частности, Европу, где комары смогли распространиться и закрепиться. Именно там, вероятно, произошло видообразование всех евразийских малярийных комаров и последующее расселение новых видов по территории Евразии.
Чтобы обосноваться в зонах с суровым климатом, например, на территории современной Сибири, малярийным комарам пришлось «включать» сложные адаптационные механизмы. Одним из них является полная диапауза, характерная для северных видов – это приобретённая способность впадать в зимнюю спячку. Перед зимой оплодотворённые самки в последний раз напиваются крови, но не расходуют её на развитие яиц, а перерабатывают в жир. Все самцы при этом погибают. Весной после пробуждения самки летят, питаются кровью и откладывают яйца, впоследствии происходит появление особей обоего пола.
– У комаров встречается и неполная диапауза, но она характерна для южных и европейских видов, – говорит Игорь Шарахов. – Полная диапауза типична для двух ветвей, которые появились на разных этапах времени – An. beklemishevi отделился от других видов примерно 20 миллионов лет назад, а An. maculipennis, An. messeae и An. daciae выработали полную диапаузу независимо от An. beklemishevi. Возникли эти виды на временном отрезке от 8 миллионов до 2 миллионов лет назад.
Дальнейшие исследования в рамках проекта, поддержанного РНФ, помогут получить данные о связи между хромосомными перестройками и устойчивостью малярийных комаров к разных видам стресса. То, что подобная зависимость существует, доказано в исследованиях других учёных. Так, установлено, что в Африке у малярийных комаров, живущих в саванне, есть хромосомная перестройка 2La, которая обеспечивает устойчивость в засухе. У комаров, обитающих во влажном лесу, этой перестройки нет, хотя они принадлежат к тому же виду. У малярийных комаров, обитающих в Сибири, связь между хромосомными перестройками и способностями к адаптации на геномном уровне исследуется впервые.
Добавим, что исследования генетиков важны для понимания эволюции эпидемиологически важных признаков у комаров, в том числе их способности к переносу возбудителей опасных заболеваний. Среди них не только малярия, но и дирофиляриоз, который в Томске уже фиксировался у людей и животных. Ранее учёные ТГУ в рамках другого проекта РНФ провели масштабные исследования и выявили второй очаг лёгочного дирофиляриоза в России.
Для справки
По данным ВОЗ малярией во всем мире ежегодно заболевает около 247 миллионов человек. В 2021 году от малярии, по расчетам ВОЗ, умерло 619 000 человек, преимущественно в африканском регионе. В 2021 году там произошло 95% всех случаев заболевания малярией и 96% случаев смерти от нее. Примерно 80% всех случаев смерти от малярии в регионе пришлось на детей в возрасте до пяти лет. В России фиксируются только случаи завозной малярии. По данным Роспотребнадзора, в 2021 году в РФ малярия была диагностирована у 94 пациентов, 5 человек скончались.
УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛИТИКИ ТГУ
Нет комментариев