Генетика определяет восприимчивость черного лебедя к птичьему гриппу

Черные лебеди Cygnus atratus, в отличие от лебедей-шипунов Cygnus olor и других водоплавающих птиц, очень чувствительны к высокопатогенному гриппу птиц (highly pathogenic avian influenza, HPAI). Они погибают через 2–3 дня после заражения, как и куры. У этих животных HPAI преимущественно поражает эндотелиальные клетки, что может объяснить тяжелое протекание заболевания. Ученые предполагают, что относительная географическая изоляция черных лебедей (они произошли из Австралии) отразилась на их иммунном репертуаре и чувствительности к инфекциям, распространенных в остальных частях мира. Лучше понять патогенез HPAI может помочь сравнительная геномика, однако для нее нужны высококачесвенные геномы и транскриптомы изучаемых видов.

Международная группа ученых впервые получили референсные геномы и транскриптомы черных лебедей и лебедей-шипунов. Они использовали секвенирование с длинными прочтениями. Анализ показал, что у черных лебедей есть несколько уникальных характеристик.

Авторы получили последовательности 35 хромосом для черных лебедей и 36 хромосом для шипунов (включая половые хромосомы). ДНК черного лебедя принадлежала самцу, так что последовательность W-хромосомы не была получена. Тридцать четыре аутосомы черных лебедей и шипунов совпадали на 98,35%. В Z-хромосоме было выявлено несколько больших структурных вариантов, однако в остальном они тоже совпадали.

Инверсии генов ранее связывали с различной чувствительностью к птичьему гриппу. В геномах черного лебедя и шипуна не было выявлено значительных инверсий при сравнении друг с другом. Но если сравнивать с относительно резистентными утками, то можно выявить 53 инвертированных гена на хромосоме 1, которые ассоциированы с работой иммунной системы.

Геномы черных лебедей и шипунов аннотировали. После этого авторы проанализировали гены, ассоциированные с расцветкой перьев. У шипунов в гене SLC45A2 была выявлена делеция, которая приводит к образованию раннего стоп-кодона. А кур и уток в этом гене было множество негомологичных нуклеотидов, если сравнивать с черными лебедями. SLC45A2 кодирует ассоциированный с мембраной транспортный белок, который регулирует уровень меланина в меланосомах.

Оказалось, что 39 семейств иммунных генов у черного лебедя сокращены по сравнению с шипуном. Авторы идентифицировали два локуса главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I и II у черных лебедей и шипунов. Они расположены на хромосоме 33. Такое число локусов соотносится с другими видами. Гены, ассоциированные с MHC, не были псевдогенами. Области MHC у лебедей были схожи и представляли собой «минимальный необходимый MHC», как и у кур с утками.

Сигналинг Toll-подобного рецептора 7 (TLR7) вовлечен в распознавание вируса гриппа А у млекопитающих и птиц. Рецептор узнает одноцепочечную вирусную РНК. Гены TLR7 структурно не различались у черных лебедей и шипунов, однако у черного лебедя мРНК TLR7 не была детектирована ни в одной из изученных тканей. Авторы культивировали первичные эндотелиальные клетки черного лебедя, курицы и утки. Они заражали эти клетки вирусом гриппа A/Chicken/Vietnam/008/2004/H5N1, а через шесть часов изучали экспрессию. В клетках черного лебедя мРНК TLR7 не экспрессировалась.

Исследователи проанализировали дифференциально эксперссируемые гены в инфицированных эндотелиальных клетках курицы, утки и черного лебедя. Экспрессия IL6 была значительно повышена у черного лебедя и курицы, что указывает на сильный провоспалительный ответ. Эндотелиальные клетки черного лебедя и курицы вырабатывали больше цитокинов и цитокиновых рецепторов, чем клетки утки, в ответ на инфекцию. Авторы говорят о том, что транскрипционный профиль указывает на плохую регуляцию провоспалительного ответа на HPAI у черного лебедя.

Авторы подчеркивают, что из-за особенностей иммунитета черного лебедя распространение HPAI в Океании угрожает его выживанию. На данный момент HPAI в Австралии нет, но он уже распространился из Азии на Северную и Южную Америки, Северную Африку и Европу. Каждый раз, как HPAI завоевывает новую область, умирают тысячи диких птиц. Авторы надеются, что данные, полученные в новом исследовании, помогут защитить не только черного лебедя, но и другие чувствительные виды.

Хорьков научили определять вирус птичьего гриппа в утином помете по запаху