Черви Чернобыля и их геномы

Авария на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС), произошедшая в апреле 1986 года, — крупнейшая техногенная катастрофа, превратившая окружающий регион в радиоактивный ландшафт. Вопрос о том, произошел ли в результате аварии отбор видов или особей, более устойчивых к воздействию радиации, остается открытым. Авторы статьи в PNAS попытались ответить на этот вопрос, изучив популяции нематод в зоне отчуждения ЧАЭС, и показали, что длительное воздействие радиации не повредило геномы этих животных.

Исследователи собрали 157 образцов различных субстратов, и со 118 из них смогли культивировать нематод — в общей сложности 298 изолятов. Их таксономическую принадлежность ученые определяли, секвенируя 18s рибосомальную ДНК. Из трех наиболее представленных таксонов род Oscheius присутствовал в широком диапазоне географических локаций и условий. Кроме того, это хорошо описанный род, удобный для генетического анализа. Руководствуясь этим, авторы статьи выбрали изоляты Oscheius для дальнейшего изучения.

Credit:
Matthew Rockman | пресс-релиз

Для секвенирования генома исследователи отобрали 20 линий Oscheius tipulae — 15 из зоны отчуждения и 5 из других регионов (Филиппины, Германия, США, Маврикий и Австралия). Чернобыльские линии при этом были отобраны так, чтобы охватить широкий диапазон географических мест и уровней радиации. Кроме того, ученые секвенировали геном сестринского вида (Oscheius sp. 3), чтобы использовать его в качестве внешней группы в дальнейших анализах.

Линии нематод, обитавших в Чернобыльской зоне отчуждения, были генетически ближе друг к другу, чем к остальным линиям, за исключением берлинской линии DF5103 — она кластеризовалась с чернобыльскими. Неравновесное сцепление генов указало на высокую частоту самооплодотворения у этого вида, тогда как перекрестное оплодотворение встречалось редко, но не отсутствовало полностью.

Ионизирующая радиация вызывает двунитевые разрывы в ДНК, которые, в свою очередь, могут приводить к хромосомным перестройкам, и ученые проверили, наблюдаются ли они у нематод из Чернобыля. Интересно, что сравнение с референсным геномом таких перестроек не выявило.

Не обнаружив крупномасштабных хромосомных перестроек, исследователи стали искать признаки того, что нематоды, обитавшие при высоком уровне радиации, чаще мутировали под ее воздействием. Чтобы подсчитать уникальные мутации в каждой из линий, они выравнивали по два генома O. tipulae вместе с геномом внешней группы (в качестве нее использовали линию нематод с Маврикия). При таком подходе 87–89% генома выравнивалось с референсным геномом O. tipulae. Этим методом ученые проанализировали все 15 чернобыльских линий, а также сравнили их с берлинской. Авторы предположили, что при высоком радиационном фоне черви могли приобрести большее количество мутаций. Однако они не обнаружили связи между относительным числом приобретенных мутаций и радиоактивностью — ни для ядерного генома, ни для митохондриального. Признаков усиленного мутагенеза не нашлось и в другом анализе, в ходе которого исследователи сравнили все 20 отсеквенированных линий с сестринским видом O. sp. 3.

Ученые пришли к выводу, что вариативность числа недавно приобретенных мутаций у O. tipulae не зависит от воздействия радиации. Это поставило перед исследователями новые вопросы. Почему чернобыльские O. tipulae мутировали не больше, чем нематоды из других мест? Связано ли это с высокой устойчивостью чернобыльских линий к мутагенам, или же уровень радиации, которому они подвергались, не наносит вреда физиологии этого вида червей?

Чтобы это выяснить, авторы работы подвергали собранных нематод хроническому воздействию различных мутагенов. В качестве мутагенов использовали цисплатин, этилметансульфонат и гидроксимочевину, а чувствительность линий нематод к этим мутагенам оценивали по скорости роста популяции. Линии отличались по чувствительности к каждому из трех мутагенов, однако значимой разницы между чернобыльскими и нечернобыльскими червями ученые не выявили. Также они не нашли зависимости от уровня радиации в тех конкретных местах, с которых были собраны чернобыльские изоляты.

Однако затем исследователи решили сравнить O. tipulae с C. elegans — видом, которого они в Чернобыльской зоне отчуждения не обнаружили. Оказалось, что C. elegans обладает сопоставимой устойчивостью к этилметансульфонату, несколько большей — к цисплатину и меньшей — к гидроксимочевине. Авторы заключили, что O. tipulae не является уникальным в плане устойчивости видом нематод. По-видимому, дело в том, что нематоды в целом отличаются живучестью и хорошо переносят неблагоприятные условия окружающей среды.

Генетика чернобыльских собак