Дрозофиле Буска нравятся гниющие овощи, которые выделяют токсичный диметилдисульфид

Плодовая мушка Drosophila melanogaster широко используется в исследованиях, особенно для изучения обоняния и болезней. Однако другие родственные виды мушки изучены гораздо хуже. Некоторые способны выживать в токсичных средах, что делает их особенно интересными для науки. Например, D. sechellia адаптировалась к плодам нони (Morinda citrifolia), токсичным для других дрозофил, а Scaptomyza flava — к растениям с глюкозинолатами. Внимание исследователей привлек вид D. busckii (дрозофила Буска), важный коммерческий вредитель, обитающий на гниющих овощах, которые ядовиты для большинства насекомых.

Изучение мухи D. busckii поможет лучше понять механизмы адаптации к токсичным средам. Этот вид проявляет уникальную устойчивость к диметилдисульфиду (DMDS) — веществу с резким запахом, которое часто применяется как фумигант и токсично для нервной системы большинства насекомых. Исследователи из Института химической экологии общества Макса Планка (Германия) обнаружили, что D. busckii не только способна выживать при высоких концентрациях DMDS, но и использует это соединение как важный обонятельный сигнал для поиска пищи и выбора места для откладывания яиц. Это открытие демонстрирует редкий пример эволюционной адаптации и может стать основой для разработки новых методов борьбы с вредителями, а также для углубленного изучения механизмов устойчивости к токсинам.

Для изучения предпочтений D. busckii в выборе места для откладывания яиц исследователи провели серию экспериментов, сравнивая ее поведение с модельным видом D. melanogaster. Было установлено, что D. busckii предпочитает гниющий шпинат и грибы, тогда как D. melanogaster выбирает гниющие апельсины и клубнику. Химический анализ субстратов методом газовой хроматографии/масс-спектрометрии показал высокое содержание DMDS в грибах и шпинате, а также диметилтрисульфида (DMTS) в других субстратах.

Ученые провели серию экспериментов, чтобы определить влияние серосодержащих соединений на поведении D. busckii. Добавление DMDS или DMTS к гниющим апельсинам показало, что DMDS снижает способность мух различать апельсины и шпинат, что подчеркивает его ключевую роль в выборе мест для откладывания яиц. Именно DMDS, а не DMTS, вызывает у D. busckii предпочтение к определенным субстратам.

DMDS является известным бактериальным биомаркером и играет ключевую роль в естественном цикле серного питания, что указывает на его происхождение как продукта жизнедеятельности микроорганизмов, связанных с процессом гниения. Авторы статьи предполагают, что бактерии, связанные с гниением овощей или грибов, могут быть источником DMDS, который привлекает D. busckii. Кроме того, вероятно, что D. busckii может переносить эти бактерии, подобно тому, как D. melanogaster переносит дрожжи.

Исследование с применением записей активности отдельных сенсилл позволило выявить у D. busckii обонятельные сенсорные нейроны Bab2B, обладающие высокой чувствительностью к DMDS. Эти нейроны, расположенные в базиконических сенсиллах на третьем сегменте антенн, продемонстрировали узкую специфичность к DMDS по сравнению с другими серосодержащими соединениями. У других видов Drosophila аналогичные нейроны также реагируют на DMDS, однако их чувствительность значительно ниже, что указывает на эволюционную адаптацию D. busckii к этому веществу.

Исследования также включали тесты на выживаемость, чтобы оценить толерантность D. busckii к DMDS в сравнении с другими видами Drosophila. Результаты показали, что D. busckii обладает исключительной устойчивостью к DMDS, в то время как другие виды быстро погибают при воздействии этого токсина. DMDS известен как ингибитор митохондриальной цитохром-с-оксидазы (COX), нарушающий клеточное дыхание и снижающий выработку АТФ. Эксперименты показали, что высокая устойчивость D. busckii к DMDS обусловлена нечувствительностью его фермента COX к этому токсину.

Для подтверждения гипотезы ученые провели эксперименты с ингибитором COX — азидом натрия (NaN3) — и установили, что D. busckii также проявляет повышенную устойчивость к NaN3 по сравнению с D. melanogaster. Сравнительный анализ белковых последовательностей COX I у 327 видов мух семейства Drosophilidae выявил два ключевых аминокислотных остатка (aa108 и aa331), которые могут быть связаны с устойчивостью к DMDS. Эксперименты, проведенные на 20 видах Drosophila, показали, что наличие определенных аминокислот на этих позициях связано с устойчивостью к DMDS в 85% случаев.

Для подтверждения роли COX в устойчивости к DMDS ученые экспрессировали альтернативную оксидазу (AOX), которая не ингибируется DMDS, в D. melanogaster. Выяснилось, что экспрессия AOX значительно повышает устойчивость плодовых мушек к DMDS, что подтверждает ключевую роль COX в механизме токсичности и устойчивости к DMDS. Наконец, было установлено, что личинки D. busckii также предпочитают DMDS и способны завершить свой жизненный цикл на субстратах, выделяющих это соединение, в то время как личинки D. melanogaster плохо развиваются в таких условиях.

Благодаря уникальным экологическим адаптациям к гниющим овощам, D. busckii является не только моделью для изучения экологических концепций, но и перспективной системой для анализа толерантности к токсинам.

Затормозить старение у мушек можно, препятствуя накоплению F-актина в нейронах