CRISPR/Cas9 научила дрозофилу есть ядовитый ваточник

 

Biodiversity Heritage Library

Ученые с помощью CRISPR/Cas9 воспроизвели в геноме дрозофилы мутации, характерные для бабочек-монархов: отредактированные мухи смогли выжить в присутствии уабаина — аналога токсина из растения ваточник, которым питаются монархи. Кроме того, внося мутации по отдельности и в разных комбинациях, исследователи смогли воспроизвести последовательность, в которой приспособления к токсину появлялись в ходе эволюции. Работа опубликованав журнале Nature.

Ваточник (Asclepias curassavica) ядовит как для большинства насекомых, так и для человека.

Его клетки содержат смесь сердечных гликозидов — токсинов, которые угнетают деятельность натрий-калиевой аденозинтрифосфатазы (Na/K-АТФазы) на поверхности клеток. Под их действием натрий перестает выводиться из клеток, в том числе мышечных, у них изменяется мембранный потенциал (то есть соотношение зарядов вне и внутри клетки) и они становятся более возбудимыми. Передозировка этих токсинов приводит к избыточной активности кардиомиоцитов и фибрилляции желудочков, за счет чего они и получили свое название.

Тем не менее, некоторые насекомые научились жить на ваточнике и других гликозид-содержащих растениях, причем сделали это, судя по всему, независимо. Среди таких насекомых — бабочки-монархи. Известно, что у них аминокислотная последовательность АТФазы отличается в трех местах (аминокислоты 111, 119 и 122) от обычного фермента, чувствительного к сердечным гликозидам. Однако до сих пор не было известно, единственное ли это приспособление монархов к питанию ваточником, и в какой последовательности эти мутации возникли.

Марианти Карагеорги (Marianthi Karageorgi) из Университета Калифорнии и ученые из Франции, Германии и США проанализировали последовательности Na/K-АТФазы у разных насекомых, устойчивых к гликозидам, и обнаружили, что во всех случаях мутации возникли в определенном порядке: 111-я аминокислота изменялась одной из первых, а 119-я изменялась до или одновременно с 122-й.

Ученые попробовали воспроизвести ход эволюции с помощью системы генетического редактирования CRISPR/Cas9. В качестве объекта они выбрали дрозофилу фруктовую (Drosophila melanogaster), поскольку один из ее родственников — Drosophila subobscura — также устойчив к гликозидам, а следовательно, ничто не должно мешать этой дрозофиле приобрести такую же адаптацию.

Исследователи создали набор генетически отредактированных мушек с разными вариантами мутаций, которые должны были отражать процесс эволюции АТФазы у бабочек-монархов: QAN — исходная последовательность, LAN — замена 111-й аминокислоты, LSN — две мутации: 111 и 119, VSN — еще одна мутация в 111-й и 119-й, VSH — «мушки-монархи», несут мутации в 111, 119 и 122, аналогичные белку монархов. Параллельно ученые создали мушек, у которых мутации были только в 119-й аминокислоте (QSN) и только в 122-й (QAH), чтобы проверить, что сами по себе вторая и третья мутация не дают животным преимущества.

Все варианты мушек во взрослой и личиночной стадиях проверили на выживаемость в среде с уабаином — самым известным сердечным гликозидом, который используют для блокады АТФазы в нейрофизиологических исследованиях. Оказалось, что каждая мутация немного увеличивает шанс личинок выжить. А вот взрослые особи все выживали примерно одинаково, кроме тех, кто содержал мутацию в 122-й аминокислоте. Так ученые обнаружили, что третье, последнее изменение — самое существенное.

 

Выживаемость личинок (слева) и взрослых мух (справа) в среде с уабаином. QAN* -дикий тип, QAN - контроль с незначимыми мутациями, LAN - замена в 111, LSN - замены в 111 и 119, VSN - вторая замена в 111 и 119, VSH - замены в 111, 119 и 122, QSN - замена в 119, QAH - замена в 122.

Karageorgi et al. / Nature, 2019

Затем исследователи подсчитали, насколько хорошо мутантные АТФ-азы в отдельности сопротивляются действию блокатора. Они обнаружили, что каждая мутация делает белок менее чувствительным к уабаину: первая — несущественно, вторая увеличила количество активных в присутствии яда ферментов в десять раз, а третья — в тысячу раз. При этом ферменты с тремя мутациями, которые ученые получили в эксперименте у мушек, работали так же активно, как и ферменты бабочек-монархов. Из этого авторы работы сделали вывод, что трех мутаций достаточно, чтобы обеспечить устойчивость к яду, и другие физиологические приспособления к нему не обязательны.

Остался необъясненным еще один факт: третья мутация, которая наиболее существенно «улучшает» белок, почему-то появилась в эволюции последней, и только после или вместе со второй. Исследователи предположили, что в одиночку она могла как-то нарушать работу фермента, и поэтому потребовалась вторая мутация в качестве компенсации.

Поэтому они проверили мушек на судорожную активность — известно, что она повышена у тех мутантов, у кого АТФаза работает хуже. Мушек встряхивали, а затем замеряли время, которое они оставались неподвижными из-за судорог. Оказалось, что животные QAH, у которые несли только третью мутацию, гораздо дольше восстанавливались после встряхивания, чем другие мухи. Это подтвердило предположение исследователей о том, что сама по себе третья мутация несет не только преимущества, но и риски: этот феномен еще называют антагонистической плейотропией.

 

Эксперимент со встряхиванием мух и длительность их паралича. QAN* -дикий тип, QAN - контроль с незначимыми мутациями, LAN - замена в 111, LSN - замены в 111 и 119, VSN - вторая замена в 111 и 119, VSH - замены в 111, 119 и 122, QSN - замена в 119, QAH - замена в 122.

Karageorgi et al. / Nature, 2019

Таким образом, с помощью генетического редактирования ученые смогли подтвердить роль мутаций в развитии устойчивости к сердечным гликозидам и провести мух по всему пути адаптации к ним. Они отмечают, что это первый в своем роде эксперимент, в ходе которого удалось воспроизвести многоступенчатый процесс адаптации с помощью генетических методов.

Биологи часто используют CRISPR/Cas9, чтобы привнести в организм определенные свойства или, наоборот, их выключить. Например, отдельным группам исследователей удалось подарить телятам устойчивость к туберкулезу, сделать ящерицу альбиносом, лишитьмуравьев социальной активности, а комаров — аппетита.

Полина Лосева

Источник ➝

Ученые нашли рецепты, которым 3800 лет

Современные повара никак не могут раскрыть секрет приготовления блюд, которые пользовались успехом у жителей древнего Вавилона. И это при том, что все ингредиенты известны.

В Йельском университете расшифровали надписи на вавилонских клинописных табличках, возраст которых примерно 3800 лет. То есть еще задолго до основания Рима в Вавилоне уже готовили изысканные блюда, рецепты которых дошли до наших дней. Как следует из клинописи, к столу подавали густой суп из ягненка и свеклы, мясной бульон с зирой (по-другому эту пряность еще называли “римский тмин”) и молотым кориандром.

А украсить блюда следовало тонко нарезанным египетским луком-пореем.

О том, что меню жителей древнего царства было весьма разнообразным, говорит и другой рецепт — слоеный пирог из мяса птицы. Его подавали под крышкой из теста, а снимать ее нужно было лишь после того, как блюдо подавали на стол. Есть в табличках упоминания и о том, как готовить рыбу и десерты. Исследователи считают, что в древнем Вавилоне зародились традиции, которые и сейчас сохраняются в кухне некоторых народов современного Ирака.

Найденные клинописные таблички — большая редкость: всего их обнаружено более полумиллиона, но только в четырех из них ученые нашли кулинарные рецепты. Именно эти раритеты позволяют теперь заглянуть в будничную жизнь древних вавилонян. На табличках обнаружены десятки описаний блюд — густых супов, жаркого, десертов, пирогов. Наиболее старым из табличек 38 тысяч лет. Это самые древние рецепты в мире. 

Однако задача приготовить блюда по древневавилонским рецептам не так проста, как может показаться. Дело в том, что в табличках указаны исключительно ингредиенты, из которых следует готовить, но полностью отсутствует упоминание о пропорциях. Поэтому восстановить их можно, лишь полагаясь на опыт современных поваров.

Команда из ассириологов, археологов, химиков пищевой промышленности и экспертов по кулинарным традициям Ближнего Востока работала над тем, чтобы приготовить такие блюда. Правда, они оказались, по мнению специалистов, недостаточно вкусными. А вот были ли они неправильно приготовлены или просто не подходят современному человеку — вопрос по-прежнему открытый. 

Оригинал

Популярное в

))}
Loading...
наверх