Насекомые не производят клетки и антитела, характерные для адаптивного иммунного ответа позвоночных. В результате ученые в течение многих лет предполагали, что насекомые полагаются на врожденную иммунную защиту, которая не передается по наследству и не направлена на какой-либо конкретный патоген. Однако за последние 20 лет появились доказательства того, что беспозвоночные действительно имеют особенности противовирусного иммунитета, то есть они наследуют некоторые типы иммунитета от своих родителей, но до сих пор не ясно, как и как часто это происходит.
В исследовании, опубликованном 15 декабря в Cell Reports , исследователи показывают, что дрозофилы (Drosophila melanogaster) и комары (Aedes aegypti) передают иммунитет к вирусам своим потомкам на протяжении нескольких поколений.
-
- Дрозофила
-
- Самка комара рода анофелес. Кредиты изображения.
«Авторы представляют очень тщательный набор экспериментов, которые детализируют существование этой передачи некоторого вида иммунологической памяти потомству из поколения в поколение», — говорит Барбара Милутинович, постдок из Института науки и технологий Австрии, которая не участвовала. в работе. Некоторые ученые до сих пор обсуждают иммунитет у дрозофилы, как будто он только врожденный и не адаптирован к определенным патогенам, добавляет она, но «это исследование показывает нам. . . что происходит что-то действительно конкретное».
Мария Карла Салех, иммунолог из Института Пастера в Париже, и ее коллеги задались целью изучить иммунитет насекомых, потому что комары — переносчики стольких вирусов, от которых люди болеют, сами не пострадали от этих инфекций. «Тот же вирус вызовет смертельную болезнь у людей, но комар будет очень счастлив», — говорит она. Они сосредоточились на так называемых стойких вирусных инфекциях: инфекциях с высокими вирусными титрами, но без каких-либо затрат на приспособленность их насекомых-хозяев. Понимание основы стойких инфекций может позволить вывести комара из этого постоянного состояния — либо в сторону гибели от патогена, либо в сторону его устранения, — объясняет она.
В лаборатории Салеха исследователи часто работают с плодовыми мушками, потому что их иммунная система похожа на иммунную систему комаров, а с плодовыми мухами работать намного проще. В 2018 году команда показала, что D. melanogaster , подвергшиеся воздействию вируса в виде личинок, успешно боролись с ним во взрослом возрасте, тогда как наивные взрослые этого не сделали. Следующий вопрос заключался в том, может ли этот вид иммунного прайминга передаваться от родителей к потомству.
В новом исследовании Салех и его коллеги вводили самкам плодовых мушек рекомбинантный вирус Синдбис или имитирующую инъекцию того же объема, не содержащую вируса. Вирус Синдбис переносится комарами в Европе, Азии, Африке и Австралии. У людей инфекции обычно протекают в легкой форме и могут включать артрит, лихорадку и сыпь. Напротив, Синдбис у плодовых мушек производит высокие титры вируса, но не вызывает у них болезней и не передается от матери к потомству.
После инъекции самки спаривались и откладывали яйца. Когда следующее поколение достигло совершеннолетия, исследователи ввели новому поколению тот же рекомбинантный вирус Синдбис. Мухи, матери которых были инфицированы вирусом, в конечном итоге имели более низкие титры вируса и более низкую активность репортерного гена, встроенного в вирус, чем потомство матерей, которые были ложно инфицированы перед спариванием.
Исследователи определили, что защитные эффекты вирусной инфекции в поколении основателей сохраняются как минимум в пяти поколениях. Они увидели аналогичные уровни трансгенеративной противовирусной защиты, когда повторили эксперименты с тремя другими вирусами с одноцепочечной РНК с положительным смыслом, но не с вирусом с двухцепочечной РНК или вирусом с одноцепочечной РНК с отрицательным смыслом.
Чтобы определить, был ли интактный вирус необходим для противовирусного иммунитета потомства, исследователи сконструировали двухцепочечную РНК, соответствующую двум различным частям вируса Синдбис, которая имитирует промежуточные формы вируса, созданные во время репликации вируса. При введении самкам мух этот фрагмент двухцепочечной РНК также защищает их потомство от последующих вирусных проблем. «Это было сногсшибательно, потому что это означает, что каким-то образом система распознает эту двухцепочечную РНК. . . является экзогенным, или это то, против чего вы должны создать иммунитет », — говорит Салех.
Затем авторы либо вводили самкам комаров Aedes aegypti вирус чикунгунья — вирус с одноцепочечной РНК с положительным смыслом, который может вызывать у людей головные боли, боли в мышцах и отек суставов, — либо кормили их зараженной кровью. Когда исследователи впоследствии подвергли потомство комаров воздействию вируса, у насекомых были более низкие титры вируса, чем у тех, чьи матери были ложно инфицированы.
В своем исследовании 2018 года Салех и его коллеги показали, что вирусная ДНК, соответствующая некоторой части последовательности вирусной РНК, присутствовала у взрослых мух после того, как они подверглись воздействию вируса в виде личинок. Предполагая, что вирусная ДНК играет роль в трансгенерационном иммунитете, который они наблюдали в новом исследовании, авторы изучили уровни как вирусной ДНК, так и РНК у мух, инфицированных одним из двух одноцепочечных белков с положительным смыслом. РНК-вирусы и их потомство. Они обнаружили как вирусную РНК, как и ожидалось для текущей инфекции, так и вирусную ДНК у матерей, но у потомства не было вирусной РНК, только вирусная ДНК.
«Определенно кажется, что информация передается в виде ДНК», — говорит Салех. Но «газета вызывает много вопросов. Например, эту защиту или эту передачу противовирусного иммунитета мы могли наблюдать только для положительных одноцепочечных РНК-вирусов. Почему?»
Предыдущая работа показала, что «такого рода механизмы, которые наделяют память некоторого рода, существуют у беспозвоночных — или, по крайней мере, у некоторых беспозвоночных — и они, возможно, просто выглядят совершенно иначе, чем то, что мы привыкли видеть в иммунной системе позвоночных», — говорит Мэтт. Баллинджер, биолог из Государственного университета Миссисипи, не принимавший участия в исследовании. «Вероятно, в течение следующих пяти или десяти лет [поле] будет работать, пытаясь точно выяснить, как это происходит. Они представили довольно много новых шагов, только в этой статье, которые стоит продолжить».
«Есть несколько вирусов с геномами одноцепочечной РНК, которые передаются людям от комаров», в том числе вирусы денге, чикунгунья, Зика, желтой лихорадки и Западного Нила, — говорит Боннинг. «Понимание того, каким образом у комаров может быть иммунный механизм для подавления репликации этих человеческих вирусов. . . Вы можете себе представить, что ниже по течению, если вы разберетесь с этим, может быть что-то, что можно было бы использовать, чтобы попытаться подавить передачу вирусов людям».
