Возвращение постельных клопов: научное исследование резистентности
Постельные клопы, почти исчезнувшие на какое-то время, за последние двадцать лет вновь распространились по домам и отелям по всему миру, вызывая различные проблемы со здоровьем и комфортом. Хотя они не являются переносчиками заболеваний, клопы могут вызывать зуд кожи, аллергические реакции и психологический стресс. Основной причиной их возрождения является растущая резистентность к обычно используемым инсектицидам, что делает их гораздо сложнее истребляемыми. До недавнего времени у учёных была ограниченная информация о генетических причинах этой резистентности, поскольку полное ДНК резистентных клопов не было изучено.
Доктор Кохэй Тога и профессор Хидемаса Боно из Хиросимского университета внесли значительный вклад в эту область. Их исследование, опубликованное в журнале Insects, сравнивает полную генетическую информацию резистентных и нерезистентных штаммов постельного клопа Cimex lectularius. Используя передовые инструменты секвенирования ДНК, позволяющие учёным считывать полный генетический код организма, команда тщательно сопоставила геномы — полный набор ДНК-инструкций — обоих типов и обнаружила специфические генетические изменения, связанные с резистентностью.
Одним из наиболее заметных открытий стал чрезвычайно высокий уровень резистентности хиросимского штамма. Этот штамм оказался в тысячи раз более резистентным к широко используемому инсектициду перметрину по сравнению с нерезистентным штаммом. Такое резкое различие указывает на значительные изменения на генетическом уровне. К счастью, качество последовательностей ДНК в обоих штаммах было одинаково высоким, что облегчило команде их сопоставление.
Доктор Тога и профессор Боно обнаружили сотни копий генов, известных как транскрипты, которые представляют собой сообщения, скопированные из ДНК и помогающие организму вырабатывать белки. Эти транскрипты имели изменения, уникальные для резистентных клопов. Некоторые из них были связаны с генами, уже известными своей связью с резистентностью, например, с теми, которые контролируют нервные сигналы или расщепление вредных химических веществ. «Эти мутации могут изменять функцию генов и приводить к резистентности к инсектицидам», — пояснил профессор Боно, подчеркнув, насколько мощным может быть анализ ДНК в определении наиболее важных генов. Они также обнаружили новые мутации в генах, ранее не связанных с резистентностью, — генах, которые помогают восстанавливать повреждённую ДНК, контролировать деление клеток и управлять использованием энергии организмом.
Чтобы изучить, что могут означать эти изменения, команда исследовала, как группы этих генов работают вместе в организме. Они обнаружили, что несколько ключевых процессов в организме могут играть роль в резистентности. К ним относятся способы восстановления повреждений ДНК клетками, рост и деление клеток, обработка энергии и утилизация отходов внутри клеток. «Реакция на повреждение ДНК, регуляция клеточного цикла, метаболизм инсулина и лизосомы были вовлечены в развитие резистентности к пиретроидам», — отметил доктор Тога. Реакция на повреждение ДНК относится к способу организма обнаруживать и восстанавливать повреждённый генетический материал. Регуляция клеточного цикла контролирует, когда и как клетки растут и размножаются. Метаболизм инсулина помогает регулировать использование и хранение энергии, а лизосомы — это структуры в клетках, которые расщепляют отходы. Эти данные свидетельствуют о том, что резистентность к инсектицидам может включать более сложные функции организма, чем считалось ранее.
Эти открытия имеют важное практическое значение. Они не только помогают учёным лучше понять, как развивается резистентность, но и открывают новые способы её тестирования и потенциального противодействия. Учёные теперь могут использовать инструменты редактирования генов, позволяющие вносить точные изменения в ДНК, чтобы исследовать точную роль этих генетических изменений, что может привести к более умным стратегиям борьбы с вредителями. Расширение спектра генов, отслеживаемых в популяциях вредителей, также может сделать тестирование на резистентность более точным и информативным.
В конце концов, исследование доктора Тога и профессора Боно знаменует собой ключевой шаг вперёд в борьбе с постельными клопами. Определив генетические детали, которые помогают этим вредителям выживать при обработке инсектицидами, учёные теперь лучше подготовлены к тому, чтобы перехитрить их. Поскольку резистентные штаммы продолжают распространяться, такие знания необходимы для разработки долгосрочных, эффективных и научно обоснованных подходов к борьбе с вредителями.
Ссылка на журнал
Toga K., Kimoto F., Fujii H., Bono H. «Genome-Wide Search for Gene Mutations Likely Conferring Insecticide Resistance in the Common Bed Bug, Cimex lectularius». Insects, 2024; 15(737). DOI: https://doi.org/10.3390/insects15100737
Об авторах
Доктор Кохэй Тога — исследователь, специализирующийся на геномной информатике и молекулярной биологии. Он работает в Хиросимском университете, где его работа сосредоточена на генетических механизмах, лежащих в основе резистентности к инсектицидам и эволюции генома. Обладая опытом в области передовых методов секвенирования ДНК и биоинформатики, доктор Тога стремится лучше понять, как небольшие генетические изменения могут привести к значительным сдвигам в поведении и стратегиях выживания организмов.
Профессор Хидемаса Боно — ведущая фигура в области геномной информатики и анализа биологических данных в Хиросимском университете. Он возглавляет инициативы в Центре инноваций геномного редактирования, концентрируясь на расшифровке сложных биологических данных для стимулирования инноваций в области здравоохранения и сельскохозяйственных наук. Работа профессора Боно объединяет передовые технологии с практическими приложениями, используя мощные вычислительные инструменты для раскрытия скрытых ролей генов в устойчивости, заболеваниях и адаптации. Вместе доктор Тога и профессор Боно помогают формировать будущее управления вредителями и генетических исследований.