После того как на одной из недавних конференций Армина Шебена укусил летучий жук, у него в прямом и переносном смысле возник зуд к изучению летучих мышей. Кровососущее насекомое - один из многих паразитов, вызывающих заболевания, которые прикрепляются к летающим млекопитающим, однако летучие мыши редко болеют так, как люди.
Иммунные системы млекопитающих быстро эволюционируют, поскольку виды постоянно сталкиваются с новыми патогенами в окружающей среде. Вам необходимо постоянно следить за появлением новых "плохих парней", которые пытаются вас заразить и навредить вам", - говорит Шебен, который является постдокторантом в области популяционной геномики в лаборатории Cold Spring Harbor (и уже оправился от укуса). И хотя он изучал генетические адаптации нескольких млекопитающих, они меркнут по сравнению с теми, которые обеспечили летучим мышам способность так эффективно бороться с инфекциями.
В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Genome Biology and Evolution, Шебен и его коллеги определили гены, которые способствовали быстрому развитию иммунной системы летучих мышей и их уникальной способности избегать смертоносных вирусов и даже рака. Понимание того, как летучие мыши выживают при болезнях, может вдохновить человека на новые методы лечения иммунитета и, возможно, поможет предотвратить новую пандемию.
Авторы проанализировали ДНК 15 видов летучих мышей, чтобы получить более четкое представление об эволюции их генов во времени. Они полностью секвенировали геномы двух видов летучих мышей - ямайской плодовой летучей мыши и мезоамериканской усатой летучей мыши, а геномы остальных видов собрали из ранее существовавших наборов данных.
Затем они сравнили геномы летучих мышей с геномами человека, мышей и других млекопитающих, подверженных раку, обратив особое внимание на последовательности, кодирующие белки, отвечающие за возникновение или предотвращение заболеваний. Для начала они выстроили в ряд гомологичные гены, или общие гены у разных видов, унаследованные от общего эволюционного предка. (Это все равно что сравнивать яблоки с яблоками, поясняет Шебен.) Для каждого гомологичного гена они предположили два сценария: если летучие мыши его потеряли или если он мутировал. Если летающие млекопитающие полностью утратили ген, то это говорит о том, что его отсутствие важно для борьбы с болезнями. Если же он остался с едва заметными изменениями в последовательности ДНК, которые встречаются только у летучих мышей, то это может свидетельствовать об изменении функции гена, которая каким-то образом помогает группе оставаться здоровой.
В итоге наиболее яркие изменения команда обнаружила в генах интерферона первого типа (IFN), которые важны для контроля воспалительной реакции на инфекции. В частности, они наблюдали сдвиг в количестве противовирусных генов IFN-α и IFN-ω. Например, у трех видов летучих мышей, по-видимому, полностью исчезли гены IFN-α, в то время как количество генов IFN-ω увеличилось.
По словам Шебена, самым удивительным открытием стало наблюдение за потерей IFN-α и добавлением новых генов IFN-ω, "о чем раньше вообще не сообщалось". Полученные результаты свидетельствуют о том, что новые гены IFN-ω и отсутствующие гены IFN-α важны у летучих мышей для противостояния вирусным инфекциям и предотвращения чрезмерно активной воспалительной реакции - свойства, которое превратило воспаление в обоюдоострый меч у человека.
Но хотя полученные результаты еще на один шаг приблизили генетиков к пониманию того, как у летучих мышей развилась их уникальная способность противостоять раку и вирусам, они не дают полной картины. По словам Тони Шаунтца, профессора Центра трансмиссивных инфекционных заболеваний Университета штата Колорадо, который не принимал участия в исследовании, оно посвящено только генетике врожденного иммунитета (немедленного иммунного ответа на инфицированные клетки). В нем нет информации об адаптивном иммунитете летучих мышей, который состоит из антител и Т-клеточных реакций, используемых многими млекопитающими для борьбы с болезнями. "Это два совершенно разных, но взаимодополняющих компонента иммунитета", - поясняет Шаунтц. "Почти все исследования иммунитета летучих мышей до настоящего времени были посвящены врожденному иммунитету, главным образом потому, что для изучения адаптивного иммунитета необходимы живые животные, которыми располагают немногие группы, а это гораздо сложнее".
Даже не обладая полным набором информации, понимание изменений во врожденной иммунной системе летучих мышей может помочь ученым разработать для человека генетические методы лечения, снижающие восприимчивость к определенным заболеваниям. Мы также можем узнать, какие гены определяют 20-30-летнюю продолжительность жизни летучих мышей, или как их организм приспособился перерабатывать пищу с высоким содержанием сахара без негативных последствий, наблюдаемых у людей с диабетом.
И хотя летучие мыши приобрели печальную известность благодаря своей предполагаемой роли в распространении вируса COVID, Шебен надеется, что новые находки могут направить исследователей в правильном направлении, чтобы понять, как эти животные принимают столь мощные вирусы и паразитов, не заболевая при этом. В один прекрасный день, по его словам, эта информация может быть использована для предотвращения серьезных симптомов при заражении нашего вида. "Совершенно неуместно полагать, что изучение летучих мышей поможет нам предотвратить очередную пандемию".