W jaki sposób grzyb może kontrolować zachowanie mrówek
W ramach projektu HETEROGENIUS (Heterogeneous activity underlying the control of animal behaviour by a fungus) zbadano proces z punku widzenia genomu grzyba. Było to odmienne podejście niż w przypadku wcześniejszych badań, które skupiały się na zachowaniach mrówek. Celem projektu było zrozumienie złożonych mechanizmów genetycznych odpowiedzialnych za adaptacyjne manipulowanie zachowaniem gospodarza przez pasożyty. Badacze opracowali protokoły służące do izolacji grzyba występującego w obumarłych ciałach mrówek zebranych w terenie oraz do hodowania kultur grzybów. Następnie opracowano protokoły infekcji, aby zrekonstruować infekcje grzybem O. unilateralis i manipulację behawioralną w warunkach laboratoryjnych. Tkanki mrówek wyhodowano i połączono z badaniem metabolomicznym, w celu określenia metabolitów grzybów, które są wydzielane w różnych częściach ciała gospodarza. Wynikiem było odkrycie nowych depsipeptydów cyklicznych, grupy mykotoksyn. Technika ta ujawniła również różne sekretomy (wydzielane białka) dla mózgu i tkanki mięśniowej mrówek, których reakcja na mózgi poszczególnych gatunków mrówek była różna. Ponadto w wyniku badań odkryto pierwsze potencjalne związki, które najprawdopodobniej uczestniczą w manipulacji mózgiem. RNA z głów zainfekowanych mrówek (pobrane z żywych organizmów i po obumarciu następującym po wbiciu się w liść) porównano z RNA z głów zdrowych mrówek. Wyniki wskazały, że większość genów, które uległy zwiększonej ekspresji w czasie zmanipulowanego zachowania, występowała wyłącznie u O. unilateralis. Ujawniły one również, że grzyby pasożytnicze mogą kontrolować neuronowe reakcje na stres u gospodarza w czasie zmanipulowanego wbijania się w liść. Stwierdzono, że grzyb zakłóca przekazywanie informacji chemosensorycznych u gospodarza i powoduje apoptozę. Ponadto, naukowcy znaleźli geny o zwiększonej ekspresji podczas manipulacji, które mogą kodować białka z udokumentowanym wpływem na zachowanie, neuropatologie i biosyntezę drugorzędnych metabolitów, takich jak alkaloidy. Zbadano okołodobowy zegar grzyba, a badania terenowe wykazały, że zmanipulowane wgryzanie się w liść ma miejsce w południe. Wskazuje to, że zewnętrzne synchronizatory, takie jak światło i temperatura, mogą mieć istotny wpływ ma zachowanie pasożytnicze. Projekt HETEROGENIUS dostarczył cennych informacji na temat interakcji pasożyt-gospodarz, w szczególności tych dotyczących manipulacji behawioralnej. Odkrycie genów i metabolitów w tym zjawisku stworzy nowe możliwości badań stosowanych w dziedzinie odkrywania leków i biologicznej kontroli szkodników owadzich.
Słowa kluczowe
Gmachówki, Orphiocordyceps unilateralis, HETEROGENIUS, metabolomika, peptydy cykliczne, mykotoksyny, sekretomy, RNA, zegar okołodobowy
