Учёные сделали шаг вперёд в изучении одного из самых опасных животных в мире. Исследователи из Лаборатории нейрогенетики и поведения Рокфеллеровского университета в сотрудничестве с экспертами по комарам со всего мира создали первый в истории клеточный атлас комара Aedes aegypti, который передаёт больше болезней, чем любой другой вид.
Клеточный атлас комаров (Mosquito Cell Atlas) предоставляет детальное разрешение на уровне клеток для экспрессии генов во всех тканях комара, от усиков до ног. Набор данных доступен бесплатно для всех исследователей и любознательных представителей общественности. Недавно они опубликовали атлас в журнале Cell.
«Это всеобъемлющий снимок того, что делает каждая клетка в комаре с точки зрения экспрессии генов», — говорит руководитель лаборатории Лесли Восшалл, которая изучает Aedes aegypti (также известного как комар жёлтой лихорадки) почти два десятилетия. «Это настоящее достижение, потому что мы проанализировали множество различных типов тканей как у самцов, так и у самок».
Атлас уже позволил по-новому взглянуть на генетические секреты Aedes aegypti, включая новые типы клеток, тонкие различия — и неожиданные сходства — между самцами и самками комаров, а также на драматические изменения в экспрессии генов, которые происходят в мозге самки комара после кровососания.
Старший автор Надав Шай, старший научный сотрудник лаборатории Восшалл и Медицинского института Говарда Хьюза, ожидает, что многие исследователи сделают новые открытия, используя атлас в качестве отправной точки. «Мы верим, что этот огромный набор данных действительно продвинет биологию комаров вперёд», — говорит он. «Это отличный инструмент для биологов-векторологов, которые могут взять всё, что их интересует, и просто продолжить собственное исследование».
В последние несколько лет учёные использовали секвенирование отдельных клеток, чтобы определить типы клеток и осветить закономерности экспрессии генов у модельных организмов, таких как Drosophila melanogaster (плодовая муха), Caenorhabditis elegans (нематода) и Mus musculus (мышь), в результате чего был создан единый атлас организма каждого вида.
Исследователи комаров следовали этому примеру, но разрозненно: орган за органом, ткань за тканью, все в разных исследованиях. Некоторые из этих предыдущих работ были выполнены командой Восшалл и другими членами Консорциума по созданию клеточного атласа комаров Aedes aegypti — глобального сотрудничества учёных, собранного для этого проекта.
Большинство предыдущих исследований были сосредоточены на самках комаров, оставляя без внимания самцов. «И самки, и самцы питаются нектаром в своей повседневной жизни, но самкам нужна кровь для белка, чтобы развить яйца и произвести новое поколение комаров», — говорит первый автор Оливия Голдман.
«Поскольку самка является той, кто распространяет все патогены, существует огромный перекос в сторону изучения биологии самки и очень мало информации о самце», — говорит Восшалл. «Поэтому мы хотели быть инклюзивными и восполнить этот пробел».
«Мы также хотели обновить биологию клеток комаров в едином ресурсе, используя передовые и унифицированные технологии секвенирования», — говорит Шай.
Для этого команда использовала секвенирование отдельных ядер РНК (snRNA-seq), которое превосходно подходит для захвата биологии всех типов клеток насекомых по сравнению с подходами, основанными на отдельных клетках, чтобы создать большой набор данных, состоящий из более чем 367 000 ядер из 19 типов тканей комаров, отобранных по пяти биологическим темам: основные сегменты тела; ощущение и поиск хозяина; вирусная инфекция; размножение; и центральная нервная система.
Они обнаружили 69 типов клеток, сгруппированных в 14 основных категорий клеток, многие из которых ранее не были известны. Среди наиболее поразительных результатов — распространённость полимодальных сенсорных нейронов — суперзаряженных клеток, которые могут улавливать широкий спектр сигналов окружающей среды, включая температуру и вкус.
«Подобно антеннам и максиллярным пальпам, ноги и части рта действительно обладают мощными инструментами для восприятия мира», — говорит Шай. «Вместе они позволяют комарам быть действительно хорошими в том, что они делают — искать хозяев, питаться ими и размножаться».
Эти многофункциональные хеморецепторы позволяют им, среди прочего, обнаруживать сладость и пресную воду. «Способность ощущать сладость ногами может быть полезна для обнаружения сахаров, которые нужны как самкам, так и самцам для жизни», — говорит Шай. «Но это лишь часть комбинации вкусов, которая подсказывает им, что их окружает — человека, которого можно укусить, цветок в качестве источника сахара или хороший источник воды для откладывания яиц. Мы считаем, что сочетание множества датчиков важно для их выживания».
После кормления самка комара теряет всякий интерес к людям и другим хозяевам; её внимание переключается на развитие и откладывание яиц. «Как отключается это невероятно сильное стремление кусать людей?» — говорит Восшалл.
«Мы знали из предыдущих исследований нашей лаборатории и других, что транскрипты мозга меняются после кровососания, и мы предположили, что, возможно, мы найдём разные подтипы нейронов, которые снижают или повышают регуляцию своих транскриптов», — говорит Шай.
Чтобы выяснить это, они изучили экспрессию генов в мозге самок комаров через 3, 12, 24 и 48 часов после кровососания. Они обнаружили драматические изменения в экспрессии генов во все периоды времени, которые достигли пика через первые несколько часов и постепенно уменьшались. Большинство ранних изменений экспрессии были связаны с повышением регуляции генов, в то время как более поздние периоды времени показали сочетание как повышения, так и понижения регуляции.
Поразительно, что эти изменения произошли совершенно неожиданным образом. Нейроны составляют примерно 90% клеток мозга комара, но именно глия — поддерживающие клетки, на долю которых приходится менее 10%, — претерпели значительные сдвиги в экспрессии генов. «Глия полностью перестраивается в это время, когда самки теряют интерес к людям», — говорит Восшалл.
«Это было большим сюрпризом, — говорит Шай. — Это свидетельство того, что глия сверхважна не только для поддержки клеток мозга и функций, но и физиологически важна для поведения».
Ещё одним интересным открытием является то, что, несмотря на все задокументированные морфологические и поведенческие различия между самками и самцами комаров, их клеточный состав в основном идентичен, за исключением небольших кластеров половых клеток и репродуктивных органов. «Мы как бы ожидали, что это будет история двух геномов, но это не то, что мы нашли», — говорит Восшалл.
«В целом, большинство клеток выглядят одинаково, и транскрипты, которые они экспрессируют, похожи», — отмечает Шай. «Однако это не означает, что регуляция и уровень экспрессии одинаковы, и они, вероятно, определяют различия. Другим фактором может быть то, как различные экспрессии генов работают вместе для создания новых функций».
Одно исключение было обнаружено исключительно в антенне самца, которая в значительной степени не изучена. «Небольшая группа клеток отмечена экспрессией единственного гена, который не экспрессируется ни в одной ткани самки», — говорит Восшалл. «Если бы мы не сравнили экспрессию генов у самцов и самок, мы бы никогда их не обнаружили». Их функция ещё предстоит определить.
Лаборатория Восшалл будет использовать атлас отдельных клеток комаров для дальнейшего изучения такого поведения, как поиск хозяина и восприятие окружающей среды с помощью замечательного, широко распространённого набора многофункциональных сенсорных нейронов Aedes aegypti. «Разные люди в лаборатории собираются использовать его по-разному», — говорит Шай.
Они надеются, что исследователи во всём мире найдут его столь же вдохновляющим. «Огромный размер набора данных открывает множество новых направлений исследований, которые люди не могли изучать раньше, потому что у них не было этого инструмента», — говорит Шай.
«Это глобальный ресурс, который был открыт для всех с самого начала проекта в 2021 году, так что многие люди уже используют его», — добавляет Восшалл. «Мы рады видеть открытия, которые появятся благодаря ему».
Предоставлено: Рокфеллеровский университет.
Другие новости по теме
- Этот крошечный тираннозавр на самом деле новый вид
- Ископаемые лишайники из эпохи девона демонстрируют, как союз грибов и водорослей проложил путь для наземной жизни
- Молодые африканские акации идут ва-банк, чтобы расти и использовать воду в условиях засухи
- Дополнительное количество железа помогает пшенице, испытывающей стресс, расти большой и крепкой
- Белок помогает сделать некоторые культуры более устойчивыми к смертельной болезни озеленения цитрусовых — и это безопасно.
- Геномный анализ экспрессии генов у сорго способствует улучшению биомассы стеблей
- Исследователи выделили местные бактерии, добившись высокой эффективности иммобилизации Cd–Pb на загрязнённых территориях
- Пангеном овса раскрывает секреты создания более качественных сортов
- Исследование в Йеллоустонской экосистеме показывает, как крупные млекопитающие реагируют на жару
- «Декоративные» элементы паутины могут помогать паукам определять местоположение пойманной добычи
Другие новости на сайте
- Подтверждён Nanotyrannus: ископаемые «сражающихся динозавров» переписывают историю T. rex
- Этот крошечный тираннозавр на самом деле новый вид
- Ископаемые лишайники из эпохи девона демонстрируют, как союз грибов и водорослей проложил путь для наземной жизни
- Изучение квантовой выборки случайных схем? Новый метод бенчмаркинга
- Подводный робот в реальном времени фиксирует поглощение углерода океаном
- Популярная наука возвращается с подкастом «Спроси нас о чём угодно»
- Крысы, охотящиеся на летучих мышей в полёте: зафиксировано на камеру
- «Поющие» электроны синхронизируются в кристаллах Кагоме, открывая геометрически управляемую квантовую когерентность
- Лучшие электрические велосипеды для поездок на работу в 2026 году: обзор и рекомендации
- Изоскапы показывают, как реки, наводнения и таяние снега пополняют подземные воды