Ученые Принстонского университета обнаружили, что неприязнь к патогенным источникам пищи у червей Caenorhabditis elegans обусловливается генетикой и передается из поколения в поколение — вплоть до пятого, которое уже не будет знать о том, что бактерии, схожие на вид со съедобными, окажутся смертельно ядовитыми для них. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Фото: NASA / Getty Images
Широко известно, что свойства и особенности организма закодированы в генах, переданных от родителя к потомству через половые клетки, формирующие зародыш этого организма. Наследственная природа некоторых признаков определяется лишь тем, получает ли организм от каждого из родителей доминантную или рецессивную форму соответствующего гена. Другие же наследственные черты обусловливаются не только генетическим составом, но и такими факторами, как, например, питание, температура или экологический стресс. Все это может сказаться на уровне экспрессии определенных генов. Свойства, которые наследуются не только через последовательность ДНК, называются в науке эпигенетическими — те, что поверх генетики.
Эпигенетические механизмы могут со временем изменять фенотип организма. Например, микроскопическому круглому червю Caenorhabditis elegans удается приспособиться к условиям голода или теплового стресса как раз потому, что эти условия провоцируют экспрессию многих генов, которые, в свою очередь, помогают организму адаптироваться. На уровне генома эти генетические изменения могут стать более или менее устойчивыми в зависимости от того, как плотно упакована кодирующая ген молекула ДНК, и регулировать, таким образом, ее доступность механизму транскрипции РНК. В ином случае клетки могут запустить механизмы, которые разрушают или изолируют РНК-транскрипты, которые кодируют белки. Если такие модификации происходят в клетке зародыша, они могут передаться дальнейшим поколениям — явление, называемое эпигенетическим наследованием.
«В своей естественной среде черви вступают в контакт со многими видами бактерий. Некоторые из этих бактерий служат им источником пищи, другие же могут инфицировать их и даже убить,— рассказывает Колин Мерфи, профессор факультета молекулярной биологии Принстонского университета и Института интегративной геномики Льюиса Сиглера.— Вначале червей привлекает патоген Pseudomonas aeruginosa, но затем, при заражении, они научаются избегать его. В противном случае они умирают в течение считаных дней».
Соавтор исследования Ребекка Мур и ее коллеги изучали вопрос: может ли это практическое знание, каких бактерий избегать и каких употреблять в пищу, передаваться у червей Caenorhabditis elegans генетически. Оказалось, что, если самка червя научается избегать патогенную бактерию, ее потомству передается это знание «с молоком матери». Естественной тяги к бактериям Pseudomonas как к потенциальному источнику пищи не будет у ее потомства априори. Любопытно, что это знание передается только четырем поколениям, а пятое уже не будет знать, что эти бактерии есть нельзя. Кроме того, знание о вреде других бактерий может и не передаваться таким путем, как в случае Serratia marcescens: если самка червя, переболев, научается в дальнейшем избегать этой бактерии (которая к тому же гораздо реже встречается в среде обитания C. Elegans, чем Pseudomonas aeruginosa), неприязнь к ней не передается ее потомству. Оказалось, что ее наличие определяется экспрессией определенного гена в сенсорных нейронах. Ученые обнаружили устойчивую корреляцию экспрессивности этого гена со стратегией избегания у червей C. Elegans.