Parazitlere Karşı Meyve Sineklerinin Bakteriyel Savunmayı Çalması Hayatta Kalma Savaşında Bir Adım Öne Geçiyor
Parazitlerle konaklarının sürekli olarak devam eden silah yarışında, başarılı bir saldırı veya savunmanın rekabeti bir üst seviyeye taşıdığı düşünülüyordu. Ancak bazen, kurumsal dünyada olduğu gibi, doğrudan hırsızlık, bir baskınlık elde etmek için daha hızlı bir yol olabilir.
UC Berkeley biyologları, bazı meyve sineği türlerinin, yılan kemiği, parazitik yaban arılarından hayatta kalmak için bakterilerden başarılı bir savunmayı çaldığını göstermiştir. Bu, bazı sineklerde tüm sinek larvalarının yarısını bebek yaban arıları için birer rahim haline getirebilen dehşet verici bir kaderdir ve 1979 yapımı “Alien” filmine ilham kaynağı olmuştur.
Bakteriler ve diğer mikroplar, diğer mikroplardan veya virüslerden gen çalmaları ile ünlüdür; bu sözde yatay gen transferi, hastalık yapıcı mikroplar arasında sorunlu antibiyotik direncinin kaynağıdır. Ancak, bu tür gen transferinin, böcekler ve insanlar gibi çok hücreli organizmalarda daha az yaygın olduğu düşünülmektedir. Bu genlerin ne kadar yaygın olduğunu ve nasıl ele geçirildiğini ve paylaşıldığını anlamak, bilim insanlarının hayvan bağışıklık savunmalarının evrimini anlamalarına ve parazitik veya bulaşıcı hastalıklara veya kansere karşı insan tedavilerinin yolunu göstermesine yardımcı olabilir.
Bu, bağışıklık sistemlerinin evrimini anlamanın bir modelidir, kendi bağışıklık sistemimizi de içerir, çünkü yatay olarak aktarılan genler içerir.”
Noah Whiteman, UC Berkeley moleküler ve hücre biyolojisi ve bütünleşik biyoloji profesörü ve kampüsün Essig Entomoloji Müzesi’nin direktörü
Geçen yıl, araştırmacılar ve Macaristan’daki meslektaşları, CRISPR genom düzenleme kullanarak bir yaygın sinek türü olan Drosophila ananassae’deki savunmadan sorumlu geni devre dışı bıraktılar ve genetik olarak değiştirilmiş neredeyse tüm sineklerin parazitik yaban arıları tarafından öldüğünü buldular.
Current Biology dergisinde 20 Aralık’ta yayınlanan yeni bir çalışmada, biyologlar bu savunmayı – bir toksin kodlayan bir geni – laboratuvar meyve sineği Drosophila melanogaster’ın genomuna düzenleyerek onları parazitoit yaban arılara karşı dirençli hale getirebildiler. Gen, sineğin bağışıklık sisteminin bir parçası haline gelir, parazitlere karşı koymak için silahlarının bir parçasıdır.
Sonuçlar, çalınan savunmanın sinek hayatta kalması için ne kadar önemli olduğunu göstermektedir ve bilim insanlarının şüphelendikleri hayvanlarda daha yaygın olabilecek bir stratejiyi vurgular.
Bu, hayvanlarda hızlı evrimin gerçekleştiği yatay gen transferinin yeterince takdir edilmeyen bir yol olduğunu göstermektedir,” dedi Current Biology makalesinin ilk yazarı olan UC Berkeley doktora öğrencisi Rebecca Tarnopol. “İnsanlar, yatay gen transferini mikroplarda hızlı adapte olmanın ana iticilerinden biri olarak takdir ederler, ancak bu tür olayların hayvanlarda süper nadir olduğu düşünülmekteydi. Ancak böceklerde, oldukça sık olduğu görünüyor gibi.”
Whiteman, makalenin kıdemli yazarı, “Çalışma, konak savunmalarını aşmak için sürekli olarak yeni yollar geliştiren bir parazit bombardımanıyla başa çıkmak için hayvanlar için iyi bir stratejinin, daha hızlı evrimleşen virüslerden ve bakterilerden genler ödünç almak olduğunu gösteriyor ve işte bu sineklerin yaptığı şey,” dedi.
Virüsten bakteriye gen akışı
Whiteman, bitkilerin yemekten kaçınmak için ürettikleri toksinlere karşı sineklerin nasıl direnç geliştirdiğini incelediği böceklerin nasıl direnç geliştirdiğini incelediği bitki-böcek etkileşimlerini incelediği bitki-böcek etkileşimlerini incelediği böceklerin direnç geliştirdiğini incelediği kitap olan “En Lezzetli Zehir”i 2023 yılında yayınladı.
Odaklandığı bitki-böcek etkileşimlerinden biri, yaygın meyve sineği Scaptomyza flava ile dünyanın dört bir yanındaki dere yataklarında yetişen hardal gibi ekşi tadlı bitkiler arasındaki etkileşimdir.
“Larvalar, sineğin olgunlaşmamış aşamaları, bitkinin yapraklarında yaşarlar. Yaprak madencileridirler, yapraklarda küçük izler bırakırlar,” dedi Whiteman. “Onlar bitkinin gerçek parazitleri ve bitki onları öldürmeye çalışıyor, özel kimyasallarıyla. Bu silah yarışını inceliyoruz.”
Ancak öğrendiklerinin muhtemelen pek çok başka böceğe de uygulandığını söyleyebiliriz, dünyanın en başarılı otobur organizmaları arasında.
“Bunlar gözden kaçan küçük sinekler, ancak yaşayan tüm böcek türlerinin yarısının otobur olduğunu düşünürseniz, çok popüler bir yaşam hikayesi. Otoburların bu başarısını anlamak, evrimi genel anlamda nasıl anladığımız açısından gerçekten önemlidir,” dedi.
Birkaç yıl önce sineğin genomunu, hardal toksinlerine direnmesine olanak tanıyan genleri aramak için dizilediğinde, yaygın bir bakteride yaygın olduğunu öğrendiği alışılmadık bir gen keşfetti. Araştırmacıların, geni bir bakterinin içinde yaşayan bir bakteriyofajın, bir bakteriyi enfekte eden bakteriyofajın, yani bakteriyofajın, bakteriyi enfekte eden ve onu etkileyen bir gen olduğunu öğrendiği ilgili bir sinekte, Drosophila ananassae’de, aynı geni keşfettiği önceki yayınlanmış genom dizilerini incelediğinde. ve bir yaprak bitkisinin içinde yaşayan bakteri. Bir araştırma grubu, bu genin, sineğin vücudunu yaban arısının yumurtalarından çevrelediği ve öldürdüğü karmaşık bir hikayeyi ortaya çıkardı. Andó ve laboratuvar arkadaşları, yumurtayı sineğin vücudu boyunca izlemelerini sağlayan bir toksine karşı antikorlar ürettiler ve nükleazın, yumurtayı çevreleyip öldürmek için sineğin vücudunu kapladığını buldular.
Tarnopol ilk olarak D. melanogaster’ın tüm hücrelerinde toksin genini ifade etmek için gen düzenleme kullanarak, tüm sineklerin öldüğünü gördü. Ancak Tarnopol, geni sadece belirli bağışıklık hücrelerinde ifade ettiğinde, sinek, D. ananassae kuzeni kadar parazitlere karşı dirençli hale geldi.
Whiteman, Tarnopol ve meslektaşları daha sonra, D. ananassae genomunda bulunan, araştırmacıların fusionB olarak adlandırdığı iki toksin geni arasında birleşme olan bir enzimi kodlayan gen -; cytolethal distending toxin B (cdtB) ve apoptosis inducing protein of 56kDa (aip56) -; yaban arı yumurtasını öldürmek için nasıl nükleaz olduğunu keşfettiler.
Bu nükleazın bir yaban arı yumurtasını nasıl öldürebildiğini keşfetmek için UC Berkeley araştırmacıları, önceki olarak bu sineklerin yumurta yumurtalarına karşı hücresel bir savunma geliştirdiğini gösteren Szeged’deki HUN-REN Biyolojik Araştırma Merkezi Genetik Enstitüsü’nden István Andó’ya başvurdu. Andó ve laboratuvar arkadaşları, sineğin vücudu boyunca toksini takip etmelerine olanak sağlayan antikorlar geliştirdiler ve nükleazın, yumurtayı çevreleyip öldürmek için sineğin vücudunu kapladığını keşfettiler.
“Omurgasız hayvanların bağışıklık sistemlerinde işleyebilecek bu tür bir bağışıklık yanıtının, nematodlar gibi doğal düşmanlarla başa çıkmanın yaygın bir mekanizması olabileceğini gösteren ilk çalışmalardan biri,” dedi Tarnopol. “Makalemiz, bu tür bir bağışıklık yanıtının, en azından Drosophila’da, wasp ve nematodlar gibi doğal düşmanların nasıl ele alındığına dair yaygın bir mekanizma olabileceğini gösteren ilk çalışmalardan biri. Onlar mikrobiyal enfeksiyonlardan daha doğada daha tehlikeliler.”
Whiteman ve meslektaşları, sinekler arasındaki bu etkileşimlerin karmaşıklıklarını ve sineklerin kendilerini öldürmeden bir toksini sentezlemelerine olanak tanıyan hücresel ve genetik değişiklikleri hala araştırmaya devam ediyor.
“Gen yanlış dokuda ifade edildiğinde, sinek ölecek. O gen, doğal seçilim yoluyla nüfuslar arasında asla yayılmayacak,” dedi Whiteman. “Ancak gen, vücudun bazı yağ hücrelerinde biraz ifade eden bir düzenleyici bileşenin yakınında bir yere yerleşirse, nasıl bu kadar hızlı bir avantaj sağlayabileceğinizi görebilirsiniz.”
Herhangi bir organizmada yatay gen transferinin benzer sorunlar yaratacağını söyledi, ancak avcı ve avcı arasındaki silah yarışında, buna değer olabilir.
“Küçük bir meyve sineği olduğunuzda, sizi kullanmaktan hızla evrim geçiren bu patojenler ve parazitlerle nasıl başa çıkarsınız?” dedi. “Bir yol, bakteri genlerini ve virüslerden genleri ödünç almak, çünkü onlar hızla evrim geçiriyorlar. Bu, oldukça zeki bir strateji -; kendi genlerinizin size yardım etmesini beklemektense, kendilerinden daha hızlı evrimleşen diğer organizmalardan alın. Ve bu, böceklerde birçok kez bağımsız olarak gerçekleşmiş gibi görünüyor, çünkü bu geni farklı böcek türlerinin bu kadar çok kez devraldığını gördüğümüz için. Bu, sadece doğuştan gelen bağışıklık sistemlerine sahip olan ve uyarlamalı bağışıklığı olmayan hayvanlarda bile ortaya çıkan yeni bir dinamizm resmi sunuyor.”
Whiteman’ın çalışması Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü (R35GM119816) tarafından finanse edilmiştir. Makalenin diğer yazarları Josephine Tamsil, Ji Heon Ha, Kirsten Verster ve Susan Bernstein, Gyöngyi Cinege, Edit Ábrahám, Lilla B. Magyar ve Zoltán Lipinszki Macaristan’dan ve Stanford Üniversitesi’nden Bernard Kim’dir.
Kaynak: Journal reference: Tarnopol, R. L., et al. (2024). Experimental horizontal transfer of phage-derived genes to Drosophila confers innate immunity to parasitoids. Current Biology. doi.org/10.1016/j.cub.2024.11.071.