Wolbachia - bakteria zmieniająca płeć owadów

Wolbachia jest szeroko rozprzestrzeniona w świecie owadów. Potrafi atakować bardzo różne ich grupy, a jak już się pojawi szybko zasiedla całe populacji. Tą jej zdolność postanowili wykorzystać naukowcy do ograniczenia liczebności komarów roznoszących niebezpieczne choroby - gorączka denga, malarię.

Wolbachia jest jednokomórkową bakterią, opisaną w 1924 roku, należącą do riteksji (pałeczki). Są to bardzo małe bakterie zamieszkujące cytoplazmę komórek gospodarza. Do następnych pokoleń przenosi się zasiedlając jaja owadów. Ponieważ samce nie produkują jaj, są dla niej towarem mało wartościowym. Dlatego „gnębi” ich na ile może, prowadząc wśród zaatakowanych owadów do czegoś w rodzaju „Seksmisji”. Jej obecność w jajach doprowadza od razu do śmierci zarodka, z którego miałby rozwinąć się samiec albo powoduje zmianę płci zarodka na żeńską. Innym sposobem jest dopuszczanie do kojarzenia się zakażonych samców tylko z zakażonymi samicami. Jeśli dojdzie do kojarzenia z zdrową samicą zarodki obumierają, jest to wynik tak zwanej niekompatybilności cytoplazmatycznej.

Na dzień dzisiejszy nie całkiem wiadomo jak Wolbachia doprowadza do tak silniej nakierowanej na samce reakcji. W niektórych przypadkach stwierdzano podwajanie liczby występujących w jaju chromosomów. U samców owadów rozwijających się z niezapłodnionych jaj jest ich pojedynczy zestaw, po ich podwojeniu rodzą się samice. Jej pojawienie się w populacji prowadzi do znacznego skrócenia żywotności osobników nawet o 50% i znacznej redukcji liczby samców nawet o 99%.

Prace przeprowadził międzynarodowy zespół naukowców z Conor McMeniman z University of Queensland.

Bakteria mimo, że atakuje bardzo wiele owadów i jest dość pospolita, niechętnie zasiedlała komary (Aedes aegyptii) roznoszące choroby. Okazało się, że rozwiązaniem może być znalezienie właściwego szczepu. Badania skupiono na szczepie MelPop atakującym muszki owocowe (Drosophila melanogaster). Aby zmienić jego nastawienie na komara przy trzy lata Wolbachie hodowano w jego komórkach.

Sukces był całkowity. Bakteria w ciągu kilku pokoleń zainfekowała wszystkie hodowane w laboratorium komary i potwierdzono utrzymywanie się jej w zainfekowanej populacji przez następne 30 pokoleń. W przypadku kojarzenia się zakażonego samca z zdrową samicą dochodziło do całkowitej śmiertelności zarodków (przebadano 2500 jaj), podczas gdy u zdrowych osobników wylęgowość sięgała 80%.

Owady jednak broniąc się przed atakiem tych bakterii korzystają z bardzo wielu strategii. Najczęstszym rozwiązaniem jest szybkie zwiększanie rozrodczości (ilości składanych jaj). Inne to przejście na rozmnażanie dzieworodne, pojawienie się genów zwiększających odporność zarodków samców na działania bakterii czy zwiększenie liczby genów determinujących płeć, przez co bakteria nie umie rozróżnić samca od samicy. W niektórych przypadkach stwierdzono przejęcie przez gospodarza fragmentów DNA Wolbachii i wbudowania go do własnego. Do tego część z tych obcych genów ulega aktywacji i produkuje białka.

Na przykład u motyla Hypolimnas bolina z wysp Samoa, po ataku Wolbachii samce stanowiły tylko 1% populacji. Na jednej z wysp ciągu 5 lat liczebność samców w populacji wzrosła do 40%, podczas gdy na innych nie zaobserwowano zmian. Badania potwierdziły, że wszystkie populacje nadal zarażone są Wolbachią.

W tym przypadku badanego szczepu Wolbachii żywotności samic nie obniża ich rozrodczości. Nadal zakażone samice składają jaj, z który lęgnie się liczne potomstwo. Komar więc nie ma silnego ewolucyjnego nacisku do wygenerowania obrony przeciw bakterii. Ten sam szczep Wolbachi MelPop występujący u muszki owocowej w ciągu 10 lat nie doprowadził do powstania oporności na niego.

Z drugiej strony jak podają badacze dla ludzi najgroźniejsze są stare komary. Ponieważ zanim zaczną przenosić choroby muszą napić się zakażonej krwi, a następnie minąć około 2 tygodni zanim patogen namnoży się w ich jelitach. Dla krótko żyjących komarów jest to bardzo długi okres, a bakterie Wolbachi jeszcze go skracają.

Źródło:
- Klasson L. i in., 20.02.2009r., The mosaic genome structure of the Wolbachia wRi strain infecting Drosophila simulans, www.pnas.org_cgi_doi_10.1073_pnas.0810753106,
- McMeniman C.J., i in., 02.01.2009r., Stable Introduction of a Life-Shortening Wolbachia Infection into the Mosquito Aedes aegypti, Science, Vol. 323. no. 5910, pp. 141 - 144,
- American Science for Microbiology, 05.01.2009r., Wolbachia Infection: A Good Thing?