Как комар-звонец засуху переносит

Чтобы не умереть от засухи, личинки комаров-звонцов используют белок, помогающий выдержать слишком высокую температуру.

Едва ли не самая серьезная опасность, которая может приключиться с живым организмом, это обезвоживание. Без воды нет жизни – просто потому, что все биохимические реакции, все молекулярные процессы, которые лежат в основе жизни, происходят в водной среде. Поэтому организмы, которые научились переносить нехватку воды, вызывают особый интерес у биологов.

Среди животных устойчивостью к обезвоживанию славятся коловратки, тихоходки, нематоды, а среди более сложно устроенных – комары-звонцы. Точнее, только один комар – Polypedilum vanderplanki, который обитает в умеренно засушливых районах Африки, таких, как север Нигерии и Уганды.

Чтобы пережить сухой сезон, личинки комара погружаются в особое состояние – ангидробиоз, когда тело почти полностью теряет воду, а все физиологические процессы почти полностью останавливаются. Вместо воды ткани личинки насыщаются углеводом трегалозой, защищающей клетки при дегидратации; и в таком состоянии личинка может пребывать годами.

Олег Гусев из Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета, Павел Мазин из Сколковского научно-технологического института и их коллеги из России, США и Японии довольно давно изучают способности P. vanderplanki выдерживать обезвоживание.

Мы уже как-то рассказывали о том, как исследователи запускали комаров в космос – благодаря космическим экспериментам удалось выяснить, как меняется активность комариных генов, когда насекомое готовится выдержать сильное иссушение. Но как эти гены узнают, что пора впадать в ангидробиоз?

В новой статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, Павел Мазин, Олег Гусев и их соавторы говорят о том, что за «рубильник» регулирует активность нужных генов в ответ на обезвоживание. Им оказался белок Hsf, или фактор теплового шока – довольно известный белок, который есть у множества разных организмов и который помогает клеткам пережить слишком сильное повышение температуры.

Его задача – включать гены, которые кодируют другие белки. Для того, чтобы он мог их включать, перед генами в ДНК есть особая последовательность генетических букв, благодаря которой Hsf узнает нужный ген. Садясь на ДНК перед этим самым нужным геном, Hsf помогает сесть сюда же другим белкам, которые читают генетическую информацию, превращают ее в молекулу-посредник РНК, а на РНК уже синтезируются те самые белки, которые помогают справиться со стрессом.

Но до сих пор, повторим, Hsf был известен как активатор генов теплового шока. И вот оказалось, что те же самые сигнальные последовательности в ДНК, которые стоят перед генами теплового шока и которые притягивают Hsf, у комаров-звонцов P. vanderplanki стоят и перед генами обезвоживания (среди которых есть и гены, заведующие синтезом водозаменителя трегалозы).

Иными словами, комары под один и тот же молекулярный «рубильник» подвели еще одну связку генов, помогающую преодолеть иной вид стресса ­– лишняя иллюстрация того, как эволюция старается экономить, избегая создавать излишне специализированные гены, особенно, когда речь идет о регуляторных функциях. В общем, все логично: где жара, там и засуха, и если уровень самого Hsf повышается в жару, то почему бы ему активировать не только гены теплового стресса, но и гены обезвоживания?

Впрочем, по словам самих авторов работы, фактор теплового шока регулирует активность лишь у 30% генов обезвоживания, и пока неясно, что за молекулярные инструменты управляют оставшимися 70%.

Кроме того, включенный ген рано или поздно нужно выключить, поскольку стрессовые условия проходят и пора начинать жить нормальной жизнью – и тут еще предстоит выяснить, как именно личинки комара выходят из стрессоустойчивого ангидробиоза.

Работа была поддержана грантами 14-50-00150 и 17-44-07002 Российского научного фонда.