Крошечные круглые черви умеют избегать ядовитых бактерий и учат этому потомков и сородичей
Они делятся «воспоминаниями» о неприятном опыте с помощью РНК.
Обмен информацией имеет решающее значение для выживания видов, но как простые формы жизни, такие как черви, распространяют информацию? Новое исследование, проведенное в Принстонском университете, показало, что крошечные круглые черви могут передавать «воспоминания» соседям и своим потомкам из поколения в поколение.
Черви Caenorhabditis elegans – это свободноживущие нематоды длиной около миллиметра. Именно этот вид был первым многоклеточным организмом, чей геном был полностью секвенирован. Геном C.elegans имеет длину приблизительно 100 миллионов пар оснований и содержит приблизительно 20 000 генов. Большинство этих генов кодирует белки, но среди них есть примерно 1000 генов РНК, и ученые теперь выяснили их важное влияние на выживание вида.
Дело в том, что C.elegans питаются бактериями, но одна из них — синегнойная палочка Pseudomonas aeruginosa — ядовита для червей. Она вызывает сильное заболевание нематод, но, если она их не убивает, C.elegans быстро учатся избегать этой бактерии. Тем не менее, если бы каждому червю приходилось самостоятельно выучивать этот урок, это была бы не самая эффективная система.
Ученые обнаружили, что у C.elegans есть более рациональный способ справляться с проблемой синегнойной палочки. Черви, которые ранее поедали P. aeruginosa, генетически передают своему потомству поведение ее избегания в течение четырех поколений.
На уровне генома это выражалось в том, что нематоды, съевшие бактерии, поглощали небольшую РНК, называемую P11, которая запускала сигнал в их репродуктивных клетках зародышевой линии. Будущие детеныши червей, рожденные от этой взрослой особи, затем получали тот же сигнал, передаваемый определенному нейрону, который управляет их поведением.
Но и это еще не всё — исследователи обнаружили, что черви помогают избежать неприятного опыта не только потомкам, но и своим взрослым сородичам. В этом помогают лизаты бактерии. Это «кусочки» пребиотиков — клетки бактерий, расщепленные на мельчайшие фрагменты белков — пептиды. Такие инактивированные формы бактериального материала передаются от особи к особи в общей окружающей среде, помогая избегать синегнойной палочки.
Интересно, что черви, которых учили избегать бактерий, также передавали уроки своим потомкам на протяжении четырех поколений. Это оказалось связано с ретротранспозоном — вирусоподобным генетическим элементом, который на каком-то этапе поглощался червями из окружающей среды.
«Мы обнаружили, что ретротранспозон Cer1, который формирует вирусоподобные частицы, по-видимому, переносит память не только между тканями (от зародышевой линии червя до его нейронов), но и между отдельными взрослыми особями. Мы думаем, что Cer1 может дать червям преимущество в их борьбе с патогенами, хотя приобретение Cer1 в его геноме может быть вредным для червя в непатогенных условиях», – Колин Мёрфи, ведущий автор исследования.
Чтобы подтвердить это предположение, ученые провели эксперимент отключив Cer1 в геноме C.elegans, после чего черви перестали избегать P. aeruginosa через P11 и следовательно не передавали никакого полезного знания сородичам и потомкам. Похоже, что черви-реципиенты также должны иметь Cer1 в своих геномах, чтобы изучить поведение избегания вредных бактерий.
По словам исследователей, их статья основывается на растущем объеме работ, показывающих, как животные могут делиться генетическими знаниями друг друга.
