Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) és a Kaliforniai Egyetem (University of California, Berkeley) kutatói kimutatták, hogy évmilliókkal ezelőtt bakteriális eredetű gének épültek be a rovarok genomjába, majd az ott jelen lévő immunvédekező hálózatokba integrálódtak, és jelenleg új modulokként rendkívül fontos szerepet töltenek be a parazitoid darazsak elleni hatékony védekezésben. Az egyik gyümölcslégyfajban (Drosophila ananassae) most felfedezett komplex immunválaszok a veleszületett immunvédekezési folyamatok evolúciójának és működésének mindeddig ismeretlen területeire vezetnek, melyek további kutatások számára nyitnak új perspektívákat. Az SZBK és a Kaliforniai Egyetem kutatóinak megosztott első és felelős szerzőségével készült tanulmány az Amerikai Tudományos Akadémia (National Academy of Sciences) PNAS folyóiratában jelent meg.
Az immunrendszer számos védekező folyamat segítségével óvja a szervezetet a patogénektől, míg a betolakodók az e folyamatokat semlegesítő mechanizmusokkal reagálnak. Ez az állandó kölcsönhatás mind az immunválasz, mind a patogének virulenciafaktorainak változatos formáit eredményezte. Az immunválaszért felelős, folyamatosan fejlődő molekuláris hálózatok alapvető elemei nemzedékről nemzedékre, vertikálisan öröklődnek.
Az SZBK és a Kaliforniai Egyetem munkatársai intenzív nemzetközi együttműködés keretében kimutatták, hogy a citoletális duzzasztó toxin B (CdtB) és az 56 kDa apoptózis indukáló fehérje (AIP56) mintegy 21 millió évvel ezelőtt horizontális géntranszferrel került át mikroorganizmusokból eukarióta szervezetek genomjába. Ez a két bakteriális eredetű, toxinokat kódoló gén itt beépült a veleszületett immunvédekezési folyamatokba, és elősegítette az alkalmazkodást a környezeti tényezőkhöz. Ismeretes, hogy a baktériumok a CdtB és az AIP56 toxinokat az eukarióta szervezetek ellen, azok károsítására alkalmazzák.
A mostani vizsgálatokhoz a kutatók a Drosophila ananassae gyümölcslégyfajt használták, amelynek genomjában a második kromoszómán egy cdtB és két fúziós cdtB::aip56 A és cdtB::aip56 B gén található. Megállapították, hogy a parazitoid darazsakkal szemben rendkívül hatékonyan védekező ananassae alcsoportba tartozó Drosophila fajok a CdtB és az AIP56 toxinokat a parazitoidok ellen alkalmazzák. A CdtB fehérjét az embrió immunsejtjei, a makrofágok termelik, míg a fúziós fehérjék a parazitoid darázzsal fertőzött D. ananassae lárvák immunrendszerében fejeződnek ki. A CdtB::AIP56 fehérjéket kimutatták a gazdaszervezetből izolált parazitoidok felszínén található szerózán (1. ábra). Megfigyelték, hogy a cdtB és cdtB::aip56 génekben mutáns D. ananassae törzsek a vad típushoz képest lényegesen érzékenyebbek a parazitoiddarázs-fertőzésekre. Az eredményekből arra lehet következtetni, hogy a gazdaszervezet által termelt toxinfehérjék elsősorban a betolakodó parazitoidok korai, még embrionális fejlődési stádiumában kapcsolódhatnak a parazitoidot védő és tápláló szerózamembránhoz, és gátolhatják annak megfelelő működését.
1. ábra: A parazitoidok szerózáján indirekt immunofluoreszcenciával kimutatott AIP56 A/B fehérjék
A kutatók megállapították tehát, hogy évmilliókkal ezelőtt prokariótákból származó gének épültek be a rovarok genomjába, majd az ott jelen lévő immunvédekező hálózatokba integrálódtak, és jelenleg új modulokként rendkívül fontos szerepet töltenek be a parazitoid darazsak elleni hatékony védekezésben. A prokarióta toxinokat kódoló gének, melyeket a mikroorganizmusok eukarióta szervezetek károsítására alkalmaznak, állati szervezetekben makromutációkként evolúciós újításokkal egy nem kanonikus immunválaszhoz vezettek, melynek részeként említhetők az ananassae alcsoport fajaira jellemző, a közelmúltban felfedezett sokmagvú óriás vérsejtek is (Márkus et al. 2015). A kutatók azt feltételezik, hogy az eukariótákat károsító toxinokat termelő eukarióta szervezet úgy képes elkerülni az autotoxicitást, hogy egyrészt egyes kölcsönható fehérjék a toxinokhoz kapcsolódnak, és azok aktivitását blokkolják, másrészt pedig elképzelhető, hogy a toxinok inaktív formában vannak jelen, és aktív formájuk eléréséhez szerkezeti módosítás szükséges, ami kontrollált körülmények között, alacsony szinten zajlik. A Drosophilában újonnan felfedezett komplex immunválaszok a veleszületett immunvédekezési folyamatok evolúciójának és működésének mindeddig ismeretlen területeire vezetnek, melyek további kutatások számára nyitnak új perspektívákat.
Publikáció:
Verster KI, Cinege G, Lipinszki Z, Magyar LB, Kurucz É, Tarnopol RL, Ábrahám E, Darula Z, Karageorgi M, Tamsil JA, Akalu SM, Andó I, Whiteman NK. 2023. Evolution of insect innate immunity through domestication of bacterial toxins. PNAS. 120(16):e2218334120. DOI: 10.1073/pnas.2218334120.