Показывая, что этот давно предполагаемый механизм справедлив в отношении одного вида позвоночных животных, а именно мышей, исследование Университета Юты предполагает, что следует способствовать увеличению генетического разнообразия домашнего скота и находящихся под угрозой исчезновения видов, разводимых в неволе, чтобы ограничить их риск заражения. заражение смертельными инфекциями.«Это исследование показало удивительно быстрый и значительный эффект генетического разнообразия у мышей, который резко снизил репликацию вируса, заражающего мышей, и тяжесть заболевания, вызванного этим вирусом», — говорит профессор биологии Уэйн Поттс. Он является старшим автором исследования, опубликованного онлайн в этом месяце в британском журнале Proceedings of the Royal Society B.«Есть причина, по которой мы не клоны наших мамы и папы», — говорит первый автор исследования Джейсон Кубинак, доктор биологических наук. «Среди прочего, это потому, что механизмы, которые способствуют генетическим различиям между нами, вероятно, защищают нас от более серьезных инфекционных заболеваний».Действительно, Поттс и Кубинак заявляют, что результаты их исследования подтверждают «гипотезу о том, что пол против вирулентности».
В нем утверждается, что половое размножение, которое способствует генетическому разнообразию, могло развиться как способ противодействовать способности вирусов и других патогенов быстро адаптироваться к своим хозяевам и приобретать вирулентность.«Идея состоит в том, что половое размножение вызывает разную генетическую структуру у всех детей, поэтому они отличаются от мамины и папы, и поэтому их труднее заразить», — говорит Поттс. «Наше исследование моделирует это состояние. Инбредная линия мышей похожа на бесполую линию, потому что все они имеют одинаковый генетический состав.
Это одна из первых эмпирических демонстраций того, как патогены могут сделать так, чтобы половое размножение имело большие преимущества в обеспечении устойчивости к болезням ».(Другая гипотеза заключается в том, что половое размножение развилось, чтобы эффективно отсеять многие вредные генетические мутации, которые происходят в каждом поколении.)Кубинак и Поттс провели исследование с коллегами из Университета Юты Дугласом Корнуоллом, докторантом биологии, и Фредом Адлером, профессором математики и биологии, а также вирусологом Ким Хасенкруг из Rocky Mountain Laboratories, Гамильтон, Монтана, лаборатория Национальные институты здоровья. Исследование финансировалось Национальным научным фондом и Национальными институтами здравоохранения.
О мышах и недружелюбном вирусеРанее исследователи показали на растениях и насекомых, что вирус размножается быстрее и становится более вирулентным, когда он быстро адаптируется к «хозяину», которого он заражает, потому что вид хозяина имеет низкое генетическое разнообразие. Поттс говорит, что раньше это не проявлялось у позвоночных, хотя «теоретически это предсказывалось более двух десятилетий».
«Это первый случай, когда кто-либо показал, что генетическая изменчивость в пределах одного вида позвоночных животных сильно подавляет репликацию вируса и тяжесть вызываемого им заболевания», — говорит Кубинак.Вирус, использованный в исследовании, известен как вирусный комплекс Друга и часто используется для изучения вирусной инфекции. По словам Кубинака, это комбинация вируса лейкемии мышей, называемого вирусом Друга, и «вирусом, формирующим фокус селезенки», который вызывает быстрое увеличение количества эритроцитов в селезенке мыши, что приводит к увеличению селезенки, которое может убить инфицированных мышей. .Вирус селезенки не может реплицироваться сам по себе, но может, если он заражает клетку-хозяина вместе с вирусом Друга, заимствуя у него белки для образования новых частиц вируса селезенки.Все мыши, использованные в исследовании, принадлежали к одному виду, Mus musculus, но были из семи разных штаммов или пород, каждая из которых имела многочисленные генетические различия, включая их окраску и их устойчивость к комплексу вируса Друга.
В своих экспериментах исследователи заразили мышей вирусом из ткани селезенки ранее инфицированной мыши. Они измерили вирусную пригодность, посчитав, насколько быстро вирус реплицировался (путем подсчета генетических чертежей вируса в инфицированной селезенке), и измерили вирулентность, взвесив селезенки; чем более вирулентен вирус, тем больше селезенка.
В ключевом эксперименте исследователи передали вирус через пять мышей одной линии, через пять мышей другой линии, через пять мышей пяти разных линий и через другую группу из пяти линий мышей в разном порядке. В каждом случае селезенку пятой мыши использовали для заражения 10 других мышей, которые изучали через 10-12 дней на предмет их вирусной нагрузки (приспособленность или степень репликации вируса) и веса селезенки (вирулентность или степень тяжести вируса). мыши пострадали от болезни).
«Мы обнаружили, что при передаче вируса от мышей той же породы наблюдалось значительное увеличение репликации вируса и тяжести заболевания», — говорит Кубинак. «Но вирус, подвергшийся воздействию различных пород мышей, не смог увеличить свое размножение или вызвать более серьезное заболевание».По словам Поттса, теория состоит в том, что комплекс вируса Друга с небольшой генетической схемой быстро мутирует, и предпочтение отдается вариациям генов, которые позволяют вирусу хорошо себя чувствовать у мыши A. Но затем вирус заражает мышь B, и признаки, которые помогли ему у мыши A может повредить его у мыши B.В настоящее время исследователи пытаются идентифицировать генетические изменения вируса, когда он пытался адаптироваться к мышам с различными генами.
Защита домашнего скота и исчезающих видовКубинак говорит, что полученные данные затрагивают «риски, связанные с глобальной продовольственной безопасностью».
Мы увеличиваем человеческое население на 80 миллионов человек в год, и ожидается, что в следующем столетии мы увеличим мировое население до 11 или 12 миллиардов. Большой вопрос в том, как мы собираемся их всех накормить? »В настоящее время современное общество разводит «большое количество животных, содержащихся в непосредственной близости друг от друга, и у них очень ограниченное генетическое разнообразие: крупный рогатый скот, свиньи, домашняя птица — любой из основных видов домашнего скота», — говорит Кубинак. «Животноводство существует с самого зарождения сельского хозяйства, но за последние несколько десятилетий действительно появились высокоинтенсивные методы ведения сельского хозяйства, и мы собираемся больше полагаться на эти методы ведения сельского хозяйства в будущем, чтобы накормить 12 миллиардов человек».Проблема в том, что эксперименты, подобные тем, что были в новом исследовании, «подразумевают, что в этих условиях с низким разнообразием и высокой плотностью населения вы можете способствовать возникновению более серьезных инфекционных заболеваний, что подвергает непосредственному риску людей, работающих с этими животными, и людей. кто ест эту пищу с косвенным риском ».Поскольку такие болезни, как копыта и рот, уже вызывают серьезную озабоченность у домашнего скота, «вместо использования ограниченного набора пород, возможно, использование многопородных стад может ограничить способность патогена в этих условиях становиться очень вирулентным», — говорит Кубинак. «Это также может снизить устойчивость к антибиотикам, которая развивается, когда домашнему скоту дают лекарства для предотвращения инфекции и стимулирования роста».
По словам Поттса, к 2050 году под угрозой будут находиться 25 процентов всех видов позвоночных, и «к сожалению, выведенные в неволе исчезающие виды, которые повторно вводятся в дикую природу, имеют высокий процент неудач — около 80 процентов. Есть несколько гипотез, почему.
Одна из них заключается в том, что из-за низкого генетического разнообразия, вызванного сокращающимся размером популяции, которое поставило их под угрозу исчезновения, они становятся более легкой мишенью для паразитов и патогенов ».Он добавляет: «Это говорит о том, что программы разведения в неволе и программы реинтродукции должны максимизировать генетическое разнообразие. Как только мы определим, какие гены-хозяева важны — а мы предполагаем, что это будут гены иммунной системы — программы разведения в неволе могут максимизировать разнообразие этих важнейших генов иммунной системы ».