Вольбахия на службе у медиков: зараженные бактерией комары перестают распространять лихорадку денге Налаштування

[Brodyaga]

Лихорадка денге — одна из наиболее распространенных вирусных инфекций, которые переносятся комарами Aedes aegypti. Австралийские и американские биологи и медики изменили две австралийские популяции комаров, добившись их абсолютной устойчивости к инфекции, и таким образом заблокировали распространение заболевания. Они применили необычный подход, заразив комаров определенным штаммом внутриклеточной симбиотической бактерии Wolbachia. Затем комаров выпустили в природу в двух точках в штате Квинсленд, на северо-востоке Австралии. Через несколько месяцев новые, устойчивые к вирусу, популяции комаров полностью заменили старые популяции.

Wolbachia, внутриклеточный симбионт многих беспозвоночных, обладает удивительной способностью управлять размножением и развитием своих хозяев (см., к примеру: Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями, «Элементы», 05.09.2007). Например, если зараженные вольбахией самцы скрещиваются со здоровыми самками, все эмбрионы таких самок гибнут. Напротив, зараженные вольбахией самки могут без разбора спариваться как со здоровыми, так и с зараженными самцами, и в любом случае производить жизнеспособное потомство. Как правило, зараженность бактерией не влияет на приспособленность хозяина: в природе можно часто найти как зараженные, так и незараженные популяции одного вида, одинаково процветающие.

У Drosophila melanogaster известно 5 разных штаммов вольбахии. Было показано, что по крайней мере один из них, wMelPop-CLA, снижает жизнеспособность хозяина. Эту особенность попытались использовать в борьбе с распространением некоторых вирусных заболеваний, переносимых комарами Aedes aegypti. Комары этого вида переносят, в частности, лихорадку денге, достаточно неприятную и очень распространенную инфекцию. Когда комарам ввели штамм wMelPop-CLA, продолжительность их жизни снизилась почти в два раза. Такой эффект посчитали многообещающим, так как снижение продолжительности жизни хозяина может привести к снижению уровня зараженности вирусом денге. Но всё-таки это полумера, а не абсолютное решение проблемы.

Тогда биологи и медики из разных университетов Австралии (в том числе Мельбурнского и Квинслендского) и США предприняли попытку инфицировать комаров другим штаммом вольбахии — wMel. Этот штамм присутствует в D. melanogaster по всему миру и не вызывает снижения жизнеспособности хозяина. Более того, недавно было показано, что этот штамм бактерии вызывает у дрозофилы устойчивость к РНК-вирусам (см.: Teixeira et al., 2008; Hedges et al., 2008).

Имея такую ценную информацию, австралийцы решились на фундаментальный проект. Вначале они заразили штаммом wMel, взятым из эмбрионов дрозофилы, клеточную культуру комаров A. aegypti и вели культуру два года, чтобы адаптировать бактерии к внутриклеточной среде комаров. Затем в 2541 комариный эмбрион была введена вольбахия, выделенная из клеточной культуры. Эти эмбрионы дали начало трем линиям, которые на протяжении восьми поколений контролировались на предмет заражения вольбахией. Зараженность бактерией оказалась стопроцентная.

Используемый штамм, wMel заражал в основном яичники и слюнные железы комаров. В этом было его сходство со штаммом wMelPop-CLA. Однако, в отличие от wMelPop-CLA, штамм wMel почти полностью отсутствовал в мальпигиевых сосудах (выполняющих функцию выделения и осморегуляции) и жировом теле, а также в нервной системе. Возможно, патогенная реакция штамма wMelPop-CLA на комаров, наблюдаемая ранее, связана именно с заражением множества тканей хозяина.

Авторы решили исследовать, как нужный штамм вольбахии будет распространяться в лабораторной популяции комаров. Для этого в два садка с незараженными личинками A. aegypti были посажены зараженные личинки (исходно было 65% зараженных). Для контроля использовали также штамм wMelPop-CLA.

Результаты оказались следующие: инфекция wMel быстро распространилась и достигла фиксации в садке В за 30 дней, а в садке А за 80 дней. Штамм wMelPop-CLA распространялся медленнее: в садке В фиксация зарегистрирована через 40 дней, а в садке А зараженность достигла 80% только через 80 дней.

Cадки А и В отличались тем, что в последнем оказалось меньше комаров; авторы объясняют это тем, что вместе с комарами там были обнаружены два геккона, которые интенсивно питались этими комарами. Таким образом, вольбахия быстрее распространяется, если общая смертность комаров выше, то есть в условиях, близких к естественным.

Следующий шаг в исследованиях был в буквальном смысле шаг в природу. Авторы проекта выбрали северо-восточную область Австралии, Квинсленд, печально известную высокой зараженностью лихорадкой денге. В качестве экспериментальной площадки использовали два пригорода города Кэрнс (Cairns) — Йоркиз Ноб (Yorkeys Knob, 614 домов) и Гордонвэйл (Gordonvale, 668 домов).

За месяц до выпуска зараженных вольбахией комаров местная ветеринарная служба осмотрела все дворы, чтобы удалить воду из открытых контейнеров, где могли бы находиться яйца и личинки комаров. В январе 2011 года взрослые самцы и самки комаров были выпущены в 184 точках Йоркиз Ноба и 190 точках Гордонвэйла. После этого было проделано еще 9 таких операций, повторяющихся раз в неделю. Всего за 10 операций было выпущено 141 600 особей в Йоркиз Ноб и 157 300 особей — в Гордонвэйл. Последующий мониторинг проводился каждые две недели. Для этого каждый пригород был разбит на 40–42 блока. В течение первых 10 недель 320 яйцевых ловушек были разбросаны в различных водных источниках, но затем их число сократилось до ста. Из каждой яйцевой ловушки извлекали до 10 личинок и исследовали на предмет присутствия вольбахии. Надо заметить, что еще необходимо было отделять Aedes aegypti от других видов Aedes.

Мониторинг показал, что в течение двух недель после первого выпуска комаров доля зараженных комаров в обоих местечках выросла на 15%. Еще через две недели она выросла более чем на 60% в Йоркиз Нобе, но потом упала до 40%. Авторы объясняют этот спад тропическим циклоном 5-й категории, которому подвергся городок Кэрнс. Правда, почему-то этот циклон не сказался на росте зараженности в Гордонвэйле. В Йоркиз Нобе через 5 недель после последнего выпуска доля зараженных вольбахией комаров была стопроцентная, в Гордонвэйл она достигла 90% зараженности. В обоих пригородах в самом конце периода мониторинга был небольшой спад зараженности, но авторы объясняют его началом сухого сезона, в результате которого произошел спад численности комаров.

Описанный полевой эксперимент — первый удачный случай трансформирования дикой популяции насекомых в целях ликвидации способности распространять вирусную инфекцию. Особенность описанного метода в относительной простоте и доступности. Зараженных вольбахией комаров можно достаточно быстро выращивать в лабораторных условиях, после чего выпускать в места, где обитают комары, зараженные вирусом. Пожалуй, не хватает только контрольного мониторинга, который бы показал продолжительность эффекта. Нужно запастись терпением и подождать следующего года.

"Элементы"