Как убить комара и не навредить мухе

Кровососущий комар Aedes aegypti известен как переносчик лихорадки денге, чикунгуньи, желтой лихорадки, вируса Зика и других болезней, поэтому контролю распространения и численности этого вида уделяется большое внимание. Помимо традиционных инсектицидов, разрабатываются и другие методы борьбы — генетическая модификация самцов, чтобы их потомки могли быть только самцами, или другая модификация, при которой комары не видят добычу. Другие разработки направлены на борьбу не с самими комарами, а с их способностью распространять болезни — ограничение аппетита самок, заражение вольбахией, подавляющей репликацию вируса денге, и создание комаров, устойчивых к этому вирусу. Однако до полной победы над инфекционными заболеваниями, переносимыми комарами, еще далеко.

Исследование, опубликованное в PNAS, открывает новые перспективы контроля численности Ae. aegypti — разработку инсектицидов, нацеленный на белок-импортёр экдизона EcI-2 (Ecdysone Importer 2). Этот белок важен для развития личинок Ae. aegypti и некоторых других видов комаров, но не играет столь важной роли у дрозофилы и других насекомых.

Экдизоны — стероидные «гормоны линьки» у членистоногих, — проникают из гемолимфы в клетки-мишени, связываются с ядерным рецептором EcR и регулируют экспрессию генов. Долгое время считалось, что сквозь мембрану клетки экдизоны проходят свободно, за счет диффузии. Однако в 2018 году энтомолог Наоки Яманака из Калифорнийского университета в Риверсайде открыл полипептид, транспортирующий органический анион (organic anion-transporting polypeptide, OATP), он же EcI, без которого экдизон не может проникнуть в клетки дрозофилы. Ортологи гена EcI найдены у многих других видов насекомых — его последовательность высоко консервативна, как это свойственно белкам с важными функциями. Однако у комаров этого белка не обнаружили.

С помощью программы BLAST авторы выполнили поиск OATP у нескольких видов двукрылых; у комнатной мухи Musca domestica нашли 8, у москита Phlebotomus papatasi — 8, у комаров Ae. aegypti и Anopheles gambiae — по 6, и у Culex quinquefasciatus — 7. Используя экдистероид-индуцируемую систему в клетках HEK293, из них выбрали три дополнительных переносчика экдизона, сходных у Ae. aegypti и дрозофилы. Эти белки назвали EcI-2, EcI-3 и EcI-4.

У личинок Ae. aegypti выше всего экспрессия EcI-2, и он экспрессируется по всему телу, тогда как EcI-3 и EcI-4 — только в мальпигиевых сосудах. Поэтому исследователи предположили, что именно белок EcI-2 играет критическую роль в развитии и метаморфозе комаров. Предположение подтвердилось в экспериментах на насекомых, модифицированных с помощью CRISPR-Cas9 на стадии яйца. Ae. aegypti, мутантные по EcI-2, показали высокую эмбриональную смертность, в то время как дрозофилы, мутантные по EcI-2, EcI-3, EcI-4 и по всем трем генам сразу, развивались нормально. На стадии личинки нокаут EcI-2, но не EcI-3 и EcI-4, также вызывал у Ae. aegypti высокую смертность, а выжившие личинки значительно отставали в росте и развитии по сравнению с контролем.

Далее ученые проверили, можно ли восстановить нормальное развитие личинок при нокауте EcI-2, вводя им агонисты ядерного рецептора экдизона EcR — эндогенный экдистероид 20E либо нестероидный инсектицид хромафенозид, который проникает в клетку независимо от переносчика EcI. Значительное восстановление нормального развития показал только хромафенозид, поскольку экдистероид 20E, видимо, не мог попасть в клетку и добраться до рецептора. Эти результаты подтверждают, что именно переносчик EcI-2 играет важнейшую роль в развитии личинок Ae. aegypti, транспортируя экдизон внутрь клеток.

Также исследователи выяснили функцию белка EcI-4 — он участвует в вителлогенезе, то есть образовании желтка яиц, у взрослых самок комаров. Функции EcI-3 пока остаются неизвестными.

Существование дополнительных транспортеров экдизона делает возможной разработку инсектицидов, специфичных для видов и для стадий развития насекомых. Кроме того, изучение транспортеров экдизона у других членистоногих расширит понимание функций и механизмов действия этого гормона.