Толерантність до евкаліпта - це прокляття та благословення для коал National Geographic National Geographic
З послідовністю їх геному з тварин було витягнуто кілька важливих секретів.
+ Читати далі
Коала у ветеринарній клініці їсть листя евкаліпта. Беерва, штат Квінсленд, Австралія.
Фото Джоеля Сарторе, National Geographic Creative
Коали - це, по суті, справді дивні звірята. Вони гіперспеціалізовані і покладаються на евкаліптові ліси Австралії, де якимось чином пробираються через поїдання отруйного листя. Вони сплять більшу частину дня, їх кошенята їдять послід матері, і вони помирають від хвороб, які, здається, не становлять великої проблеми для інших тварин.
Зараз дослідницька група здійснила секвенування коалагеному і, таким чином, отримала різні уявлення про одного з найвідоміших тварин Австралії. Вчені виявили, як коали наїдаються листя евкаліпта, як вони нюхають листя з найменшою токсичністю і чому вони так сприйнятливі до таких захворювань, як хламідіоз.
У більшості регіонів Австралії за останні кілька десятиліть чисельність коал швидко зменшується. Евкаліптові ліси, в яких вони мешкають, були розчищені, щоб звільнити місце для будівельних проектів. Крім того, серед тварин поширюються різні хвороби.
ПОШУК ПО СВІТУ
Ребекка Джонсон - генетик Австралійського музею в Сіднеї та провідний автор дослідження, яке з’явилося у Nature Genetics. Їй постійно дзвонили представники влади та будівельні компанії з проханням про допомогу. Вони хотіли знати, який внесок вони можуть зробити для підтримки здорової та генетично різноманітної популяції коали по всій країні.
Який кращий спосіб відповісти на ці запитання, ніж послідовність геномів тварини? Це найкраща інформація "при спробі відстежити і зрозуміти генетичне різноманіття в межах виду", говорить вона.
Тож вона об’єднала команду фахівців з усього світу, які поштучно складали генетичну головоломку. "Вам дійсно потрібно село для секвенування геному", - говорить Джонсон. "Але насправді не так складно змусити людей працювати на коалах, бо вони досить милі".
Мило - і досить дивно. Коали живуть на жорстких листках евкаліпта, які містять стільки токсину, що вони практично неїстівні для всього іншого живого. Однак коали розробили здатність виводити токсини настільки швидко, що вони можуть споживати до півкілограма листя на день, не пошкоджуючись.
Однак листя майже не містять калорій, тому тварини сплять або відпочивають 22 години на добу.
Джонсон та її команда виявили, що частина геному коали, відповідальна за детоксикацію білків, удвічі більша за розмір інших ссавців. Ви підозрюєте, що відповідний розділ, можливо, випадково продублював себе в якийсь момент у далекому минулому. Після подвоєння додаткові гени підштовхувались у нових напрямках під тиском селекції та вдосконалювали систему детоксикації коали. Потім він зміг ефективніше виводити шкідливі молекули евкаліпта з організму тварини.
"Це коеволюція", - пояснює Міріам Шиффман, дослідниця з Массачусетського технологічного інституту, яка вивчала, як мікробіом в кишці коали сприяє переробці листя евкаліпта. Рослини розробляють "складний коктейль з хімічних речовин", щоб уникнути з'їдання, а коали розробляють ще кращі способи боротьби з цим.
ТОКСИН НУФЛЕР
Команда також дізналася про те, як коали вибирають собі їжу. Багато років дослідники спостерігали, як коали нюхають листя, а потім їдять одне, викидаючи інших. Вони підозрювали, що тварини якимось чином можуть зрозуміти за запахом, наскільки токсичні або поживні окремі листки.
Дійсно, вони виявили численні додаткові гени в частинах геному, які контролюють нюховий орган коали. Це може допомогти тваринам винюхати тонкі відмінності між інгредієнтами, які надають евкаліпту його фірмовий запах.
Коали дуже добре вимивають токсичні рослинні молекули з їх системи, але, на жаль, ця властивість також впливає на ліки. Крім того, антибіотики порушують свій мікробіом в кишечнику, так що вони більше не можуть також використовувати листя евкаліпта і повільно вмирають від голоду.
Це ускладнює лікування ветеринарами та вченими, коли вони заражаються такими захворюваннями, як хламідіоз. Звичайні препарати, які застосовували б на людях або інших сумчастих тваринах, просто не працюють. Багато дослідників роками намагалися створити ефективну вакцину проти хламідіозу для коал.
"Усі наші зусилля в науковому співтоваристві коали щодо розробки вакцини [...] завжди були обмежені недостатнім знанням їх імунної системи", - говорить Вілла Хастон, мікробіолог з Технологічного університету Сіднея. «Тепер, коли ми розуміємо тисячі генів, що беруть участь у імунній відповіді, ми можемо використовувати наукові методи для розробки цільової вакцини.
Коали також страждають від ретровірусу, подібного до ВІЛ. Це послаблює їх імунну систему та робить їх ще більш сприйнятливими до таких захворювань, як хламідіоз та рак. Іноді ці ретровіруси просто проникають у генетичний код. Дослідники виявили, що ретровіруси проникали в коали десятки разів протягом еволюції. Навіть сьогодні тваринам все ще доводиться боротися з такими атаками.
Усі коали, що зараз проходять тестування в Квінсленді, мають певну версію ретровірусу. Однак деякі сучасні штами вірусів є більш руйнівними, ніж старі варіанти. Робота з геномом дозволяє дослідникам відстежувати ці штами, пояснює Джонсон. Це також дає вченим основу для розробки кращої вакцини.
Уважний розгляд генетичного коду також може допомогти природоохоронцям з’ясувати, як вони можуть зберегти принаймні частину фрагментованої та зникаючої популяції генетично різноманітною.
Сьогодні Коала стикається з різними загрозами, пояснює Шеннон Келдсен, генетик з Університету Джеймса Кука в Квінсленді. Генетичне різноманіття дозволяє населенню краще справлятися з різними труднощами. Але коли популяція стає інбредною, "види в цілому гірше справляються з новими проблемами", - каже вона. Посилаючись на геном, біологи тепер можуть відстежувати, що відбувається в різних колоніях коал - і, якщо є сумніви, знають, коли втручатися.