Отказ от паразитизма ведет фолликулярного клеща к вымиранию

У большинства людей в волосяных луковицах живут микроскопические клещи. Ученые секвенировали геном одного из таких клещей (Demodex folliculorum); по их мнению, этот вид — переходная форма между паразитом и эндосимбионтом. Тесная ассоциация D. folliculorum с хозяином и его передача исключительно от матери к ребенку стали причиной изоляции, деградации генома и сильного генетического дрейфа. Авторы работы считают, что эти клещи попали в эволюционный тупик, потеряв гены репарации ДНК, поэтому вымирание D. folliculorum — вопрос времени.

Изображение:

Копулятивный орган фолликулярного клеща (в пунктирном кружке) смещен к голове из-за потери гена abd-A

Credit:

University of Reading

Существует более ста видов фолликулярных клещей, они обитают на кожных покровах самых разных млекопитающих от сумчатых до плацентарных. На человеческой коже проживает два вида: D. folliculorum — в волосяных фолликулах и D. brevis в сальных железах кожи. Для большинства людей D folliculorum совершенно безвреден, хотя в некоторых случая он становится причиной болезни. На данный момент единственно известная причина подобной патологии — мутация в геноме хозяина, которая усиливает иммунный ответ на клещей. Международная группа под руководством ученых из Бангорского университета и Института Рединга (Великобритания) предполагает, что ныне существующий D. folliculorum на самом деле является паразитом, который трансформируется в облигатного эктосимбионта.

С помощью секвенирования митохондриальной ДНК, исследователи выяснили, что D. folliculorum в основном передается от матери к ребенку, то есть вертикально. Таким образом, популяция клещей на каждом человеке может считаться изолированной и не подвергается отбору. Это может привести к дегенерации генома членистоногого и поставить под вопрос жизнеспособность вида.

Исследование генома клеща объяснило многие необычные признаки D. folliculorum. Как оказалось, этот вид имеет наименьшее количество кодирующих генов и второй по величине геном среди представителей Panarthropoda (таксон, объединяющий всех членистоногих, а также членистоногих и онихофор) Их геном размером 51,6 млн пар нуклеотидов содержит 9 707 генов. Потеря генов была обычным явлением в начале эволюции акариморфных клещей (Acariformes), однако дальнейшие изменения имели видоспецифичный характер. Так, например, D. folliculorum продолжал терять гены, а у D. farinae приобретение и потеря генов были сбалансированы. Более того, фолликулярный клещ потерял значительную долю повторяющихся элементов — в его геноме всего лишь 7% повторов, в два раза меньше чем у обычного паутинного клеща.

Исследователи заметили, что гены клещей чаще находятся под ослабленным отбором, и, видимо, именно по этой причине гены клещей активно теряют свою функцию. Интересно, что некоторые из утерянных генов отвечают за такие важных функции, как трансляция и модификация белков. Похожий процесс происходит в группе прокариотических эндосимбионтов. Возможно, эволюция Acariformes шла схожим образом — редукция их генома при ослабленном отборе включала изменения экспрессии белков.

Интересно, что эволюция D. folliculorum затронула консервативное расположение Hox-генов, отвечающих за сегментацию тела. У фолликулярных клещей гены pb (развитие хелицер) и lab (развитие педипальп) развернуты в обратную сторону, из-за чего меняется приоритет в их транскрипции. Благодаря этому вместо хелицер клещ быстро развивает педипальпы, необходимые для поиска и сбора пищи. Также в геноме D. folliculorum отсутствует ген abd-A, из-за чего половой член перемещается ближе к голове.

Переход к эндопаразитизму часто сопровождается уменьшением количества клеток. Ученые продемонстрировали, что у фолликулярного клеща при переходе к взрослой форме клеток становится меньше. В частности, вместо шести различных мышц маленькие ноги D. folliculorum снабжены одной одноядерной сегментарной мышечной клеткой. Редукции подверглась пищеварительная система клеща — у него нет нормальной средней кишки, а пищеварение осуществляется непропорционально большими одноядерными клетками. Тем не менее количество нервных клеток в мозгу D. folliculorum сохраняется.

Фолликулярные клещи ведут ночной образ жизни, активно ищут пару и размножаются, когда хозяин спит. Анализ генома показал, что у D. folliculorum отсутствуют классические рецепторы для восприятия света, однако присутствуют остальные компоненты для передачи сигнала от рецептора дальше в клетку. Ученые предположили, что для реакции на свет фолликулярные клещи используют неизвестный ранее белок-рецептор. Также D. folliculorum может подстраивать свои циркадные ритмы за счет мелатонина хозяина. Для этого клещ синтезирует два типа рецепторов к мелатонину. Из-за ночного образа жизни у D. folliculorum исчезли гены защиты от УФ-излучения.

Также из-за потери генов у D. folliculorum нарушена система репарации. Одно из последствий этой дисфункции заключается в неконтролируемой мутации, превращающей пару GC в АТ. Сейчас среднее содержание GC в геноме клеща снизилось до 31,3%. Большинство внутриклеточных симбиотических бактерий, которые страдают от деградации генома, спасаются образованием симбиотического сообщества из нескольких линий, поддерживающих друг друга. Однако эти механизмы компенсации недоступны для животных. По мнению авторов работы, D. folliculorum не способен справится с разрушением генома. Более того, из-за преобладающей вертикальной передачи и отсутствия патогенности естественный отбор сильно ослабевает и не может противостоять генетическому дрейфу после заражения нового хозяина. Таким образом, непатологические отношения с людьми предопределили вымирание D. folliculorum как вида.

Источник

Gilbert Smith, et al. Human Follicular Mites: Ectoparasites Becoming Symbionts. // Molecular Biology and Evolution. 2022. DOI: 10.1093/molbev/msac125

Добавить в избранное

Вам будет интересно