Что мы можем узнать из грибка, который съедает большую часть мух в вашем доме изнутри, превращает их в зомби, а затем заманивает других мух на некрофильное спаривание? Возможно, довольно много, по мнению исследователей из Копенгагенского университета. Новое исследование опубликовано в научном журнале eLife.
Хенрик Де Файн Лихт на протяжении многих лет исследовал этот совершенно особенный грибок — грибок мух Entomophthora muscae, который перенимает поведение мух, прежде чем убить их.
Совсем недавно ему и группе американских коллег-исследователей удалось картировать геном грибка, что само по себе является достижением, поскольку его огромный геном примерно в 25 раз больше, чем у большинства других грибов. Цель состоит в том, чтобы выяснить, как грибок манипулирует поведением мух.
«Геном — это каталог всех генов, обнаруженных в грибке, который рассказывает нам кое-что о возможностях организма. Такой каталог может лучше вооружить нас, чтобы посмотреть, какие гены активны в мозге мухи в тот момент, когда грибок превращает ее в это зомбиподобное состояние. И таким образом мы надеемся понять, как она может делать такие дикие вещи», — говорит Де Файн Лихт.
Мушиная плесень растет исключительно на мухах. Один подвид грибка специализируется на мухах, в то время как другой использует в качестве хозяев плодовых мушек. Подвид, инфицирующий плодовых мушек, был тем, геном которого исследователи секвенировали в этом исследовании.
«Исследования показали, что до 60–80% мух, летающих в определенном помещении или хлеву, могут быть заражены этим грибком. Мух-зомби обычно обнаруживают, когда на окне натыкаешься на мертвую муху, окруженную белым кольцом спор», — говорит Де Файн Лихт.
После того, как грибок заражает муху, он поедает ее изнутри в течение недели или около того, пока она жива. Когда почти все питательные вещества мухи потреблены, грибок начинает манипулировать мозгом и начинает брать на себя управление поведением мухи. Он заставляет муху прилипать к растению или окну как можно выше.
«В этот момент почти все тело состоит из грибковой массы, и в конечном итоге все нормальные процессы мухи останавливаются. В течение нескольких часов грибок начинает выстреливать грибковыми спорами из задней части тела мухи. В процессе он также выделяет химические ароматизаторы, которые привлекают здоровых мух. Оказавшись рядом, они пытаются спариться с мертвыми мухами, что позволяет спорам прорасти в здоровую муху и повторить процесс», — объясняет исследователь.
Хотя жизненный цикл грибка хорошо описан, очень мало известно о том, как все это работает. Новая карта генома грибка, вероятно, сможет пролить свет на это.
В новом исследовании группа ученых, в которую входят биологи из Гарвардского университета, обнаружила, среди прочего, что у грибка есть несколько уникальных генов, которые добавляют идеальный момент в уравнение зомбирования.
«Поведенческая манипуляция всегда начинается в сумерках. Мы считаем, что это адаптивно для грибка, поскольку влажность ночью выше, поэтому это лучшее время для высвобождения инфекционных спор, которые склонны к высыханию. Теперь мы знаем, что у грибка есть гены, которые кодируют светочувствительные белки. Мы подозреваем, что, как и в других организмах, грибок может использовать световые сигналы, чтобы определять время. Таким образом, мы считаем, что это важная подсказка в механизме, лежащем в основе времени поведенческой манипуляции», — говорит соавтор исследования Кэролин Элия из Гарвардского университета.
Кроме того, геном показывает, что грибок имеет много копий ферментов, которые хорошо разрушают твердые хитиновые оболочки насекомых.
«Это свидетельствует о том, что грибок обладает уникальной эволюционной адаптацией к росту и жизни в насекомых. Хотя это и неудивительно, теперь это впервые подтверждено», — говорит Элия.
Несмотря на то, что это фундаментальное исследование, Де Фине Лихт полагает, что есть несколько способов, которыми люди могли бы в будущем извлечь пользу из уроков, полученных от этого грибка, если исследователям удастся раскрыть еще больше его секретов.
«Понимание того, как работает человеческий мозг в отношении поведения, часто является сложной задачей, поскольку его трудно точно измерить. Но здесь у нас есть система с очень определенным поведением, которое, как мы знаем, контролируется грибком в мозге насекомого. Если мы поймем, как работает грибок, мы сможем начать картировать всю последовательность от генов и молекул до поведения», — говорит исследователь. «И тогда кого-то могут вдохновить химические вещества и определенные механизмы, которые грибок использует для манипулирования поведением мухи, например, при разработке новых лекарств для лечения психических заболеваний у людей».
В другой сфере существует возможность использования грибка-мухи для биологической борьбы с вредителями. Поскольку одним из недостатков как химических пестицидов, так и фунгицидов на современном рынке является то, что они поражают многие виды насекомых. Здесь особое поведение грибка может иметь значение.
«Обычно вы хотите бороться только с вредителями, избегая при этом медоносных пчел и других полезных насекомых. Поэтому, если дальнейшие исследования приведут к разработке инсектицида на основе этого грибка, который имеет большое преимущество в том, что атакует только один вид мух, это было бы очень и очень привлекательно», — заключает Хенрик де Фине Лихт.
