Slane močvare su dom sićušnih rakova zvanih amfipodi koji se drže niskog profila: njihova sivo-braon boja pomaže im da se stapaju sa okolinom i većinu vremena provode skrivajući se ispod vegetacije. Ali kada su amfipodi zaraženi parazitskim crvom zvanim trematoda, oni postaju svetlo narandžasti i gube tendenciju da beže u zaklon kada su izloženi. Ovo bizarno ponašanje ih ističe među predatorima – kao i među naučnicima.
Biolozi sa Univerziteta Braun proučavaju amfipode otprilike jednu deceniju. Projekat je započeo kao vežba za studente u saradnji sa istraživačkom institucijom Marine Biological Laboratori. Vremenom, sa napretkom u molekularnoj genetici, računarskim alatima i biomedicinskoj tehnologiji, naučnici sa fakulteta i studenata došli su do neočekivanih otkrića o odnosu između amfipoda i parazitskih crva koji ih plene.
U novoj studiji objavljenoj u Molecular Ecology, Braunovi istraživači pružaju detaljnu analizu molekularnih mehanizama koji dozvoljavaju parazitima da manipulišu svojim domaćinima i objašnjavaju šta se dešava sa biologijom amfipoda zbog čega on reaguje na parazita na tako različite načine.
„Karakterisanje molekularnih mehanizama manipulacije važno je za unapređenje razumevanja koevolucije domaćin-parazit“, rekao je autor studije David Rand, profesor prirodne istorije i predsedavajući odeljenja za ekologiju, evoluciju i biologiju organizma u Braunu.
Relevantnost nalaza seže daleko izvan slane močvare, rekao je Rand, posebno kada se razmatra u kontekstu određenih patogena koji inficiraju ljude.
Iako trematode koje se prenose hranom mogu učiniti ljude veoma bolesnim, one nemaju istu vrstu „zombi“ efekta. Sistem amfipoda je bliži primeru malarije, primetio je Rand, gde parazit plazmodijuma nosi komarac koji služi kao srednji domaćin. Istraživanja su pokazala da komarce koji nose parazita mogu više privući ljudi nego komarci bez uticaja.
„Ovo može biti primer parazita koji manipuliše posrednim domaćinom kako bi osigurao sopstveni prenos između domaćina“, rekao je Rand. „Bjesnilo bi moglo biti još jedan relevantan primjer: izluđuje zaražene pojedince, tako da grizu druge i inficiraju sljedećeg domaćina. Učenje molekularnih mehanizama ovih vrsta interakcija domaćin-parazit može imati važne implikacije na način upravljanja patogenima općenito, i ljudi“.
Interakcija crva trematoda sa amfipodima ima darvinistički smisao, rekao je Rand, Paraziti manipulišu domaćinima kako bi osigurali njihov prenos kako bi mogli da nastave da se razmnožavaju. Oni su primer „pametnih parazita“ koji ne ubijaju svoje domaćine odmah ili ikada, dajući parazitima vremena da se razmnože ili pređu na drugog domaćina.
Tip manipulacije „zombijima“ koji se vidi kod amfipoda nije nečuven u prirodnom svetu. Međutim, rekao je Rand, manje se zna o preciznim načinima na koje su parazitski crvi mogli da izazovu promene u amfipodima koje utiču na ponašanje, izgled i imunološku funkciju.
U novoj studiji, naučnici su koristili sekvenciranje RNK da identifikuju gene čija funkcija odgovara tri velike promene u osobinama domaćina. Otkrili su da infekcija trematodama dovodi do aktivacije transkripata gena amfipoda povezanih sa pigmentacijom i otkrivanjem spoljašnjih stimulusa, i supresijom više transkripata gena amfipoda koji su uključeni u imune odgovore.
Istraživači su pretpostavili da supresija imunih gena i izmenjena ekspresija gena povezanih sa bojom i ponašanjem mogu dozvoliti parazitu da opstane u amfipodu i da se uključi u dalju biohemijsku manipulaciju koja promoviše prenos.
„Zaraženi amfipodi postaju sedeće patke za predatore“, rekao je Rand. „To omogućava parazitima da se šire u noviji, veći, robusniji organizam domaćina i da nastave da se razmnožavaju i razmnožavaju svoju vrstu.“
U radu su istraživači zaključili da genomski alati i transkriptomske analize koje su prijavili pružaju nove mogućnosti da se otkrije kako su paraziti u stanju da menjaju različite molekularne puteve koji leže u osnovi ili određuju promene u njihovim domaćinima.
Istraživanje je započelo 2013. godine kao kolaborativni projekat namenjen angažovanju diplomiranih studenata u sekvenciranju DNK i RNK za pitanja iz oblasti ekologije, evolucije i nauke o životnoj sredini. Svake godine grupa Brovn Ph.D. studenti koji studiraju predmete uključujući biologiju, primenjenu matematiku i računarstvo krenuli bi na terensku ekskurziju na istraživačko mesto u ušću Plum Island u Masačusetsu. Dok je nekoliko projekata izašlo sa sajta, studenti su bili stalno zaintrigirani radoznalim narandžastim amfipodima.
Studija molekularne ekologije je kulminacija interesovanja i napora istraživača i odražava kako su se veštine učenika u oblastima kao što su bioinformatika i genomska analiza vremenom povećavale.
Rand, čija se laboratorija fokusira na voćne mušice, rekao je da se projekat stalno ažurira novim genomskim i transkripcionim podacima, kao što je napomena genoma voćne mušice, pošto mnogi geni i mutacije u voćnim mušicama mogu biti u korelaciji sa promenama gena. izraz u amfipodima. To je takođe pomoglo da se istraživanje unapredi, rekao je on.
Ova vrsta studije ilustrativno pokazuje koliko su daleko došla biološka istraživanja, rekao je Rand.
„Mi ne lečimo ljudske bolesti tamo u slanoj močvari“, rekao je Rand. „Ali u poređenju sa onim kako bi ekolozi iz prošlosti bili ograničeni na traženje odgovora na misterije prirode prosijavanjem kroz blato, sada imamo pristup molekularnim, biomedicinskim i računarskim resursima da pronađemo odgovore na pitanja, a zatim možemo primeniti te nalaze na različite oblasti nauke koje ranije ne bi izgledale tako povezane.“
