XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Wolbachia являются облигатными внутриклеточными альфа-протеобактериями, членами отряда Rickettsiales, которые, как известно, заражают нематод и членистоногих, развивая разнообразные сложные взаимодействия со своими хозяевами, такие как добавление витаминов, цитоплазматическая несовместимость и партеногенез [1-4].

У некоторых организмов Wolbachia дает преимущество в приспособленности для членистоногих-хозяев, например, в улучшении репродуктивных характеристик или повышенной устойчивости к вирусной инфекции [5]. В частности, взаимодействия между этим эндосимбионтом и его хозяевами варьируются от добавок метаболитов, особенно биотина, рибофлавина, до патогенных взаимодействий, таких как взаимодействия штамма w MelPop.

Было проведено несколько исследований для понимания взаимодействия Wolbachia со своими хозяевами, обусловленного потенциальным применением в разработке новых стратегий борьбы с распространением заболеваний, вызываемых арбовирусами, таких как желтая лихорадка, вирус Зика, чикунгунья и денге. Геномы нескольких штаммов Wolbachia были секвенированы и сравнительно проанализированы, чтобы объяснить представляющие интерес особенности симбионта-хозяина, такие как цитоплазматическая несовместимость.

Модели в масштабе генома (GEM) стали мощным инструментом для изучения клеточного метаболизма, поскольку они обеспечивают глобальное представление всех биохимических преобразований, которые могут быть выполнены конкретным организмом на основе аннотации его генома.

Четыре штамма Wolbachia pipientis были отобраны на основе их характеристик, таких как: способность вызывать несовместимость цитоплазмы, способность инфицировать виды комаров и патогенность. Геномы w AlbB ( Aedes albopictus ), w VitA ( Nasonia vitripenni s) и w Mel и w MelPop ( Drosophila melanogaster ) использовали для создания черновых моделей в масштабе генома с использованием modelSEED [6]. Был проведен анализ потенциальных пробелов в генах, которые предположительно могли бы объяснить симбиотические отношения Wolbachia pipientis с хозяевами.

w VitA представляет 10 уникальных реакций, не характерных для других 3 проанализированных штаммов, включая w Mel и w AlbB, которые, как известно, вызывают цитоплазматическую несовместимость. Эти реакции связаны с использованием дезоксигуанозина в качестве предшественника окисления дГТФ и тиоредоксина и не связаны с этим фенотипом.

w AlbB имеет 12 реакций, исключительных для этого штамма, с участием протокатеховой кислоты (PCA), компонента, который, как известно, является частью белковой фракции кутикулы насекомых, и w MelPop включает 2 уникальные реакции, связанные с метаболизмом тетрагидрофолата, которые не являются связаны с его патогенной природой и наличием пробелов в его метаболической природе. Предположительно, пагубное влияние w MelPop на его хозяина заключается в регуляторных процессах, которые определяют плотность клеток внутри его хозяина, а не в специфических метаболических реакциях, которые могут быть связаны с патогенностью.

Изучение дополнительных реакций на w AlbB и w VitA показало, что потенциальные метаболические кандидаты для объяснения их симбиотических отношений с хозяевами в основном связаны с метаболизмом жирных кислот, липополисахаридов и аминокислот. Аргинин, глутамин и аланин особенно важны для w- AlbB, а аспарагин, глутамин, гистидин, изолейцин и лейцин для w- VitA. Кроме того, w- AlbB требует транспорта TTP, гексадеканоата и dGTP для выживания, тогда как w- VitA требует транспорта гистидина и CTP.

Список использованной литературы:

Werren J.H, Baldo L, Clark ME. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nature Reviews Microbiology. 2008;6: 741.

Werren JH. Biology of Wolbachia. Annual Review of Entomology. 1997;42: 587–609.

Hosokawa T, Koga R, Kikuchi Y, Meng X-Y, Fukatsu T. Wolbachia as a bacteriocyte-associated nutritional mutualist. PNAS. 2010;107: 769–774. 

Zug R, Hammerstein P. Bad guys turned nice? A critical assessment of Wolbachia mutualisms in arthropod hosts. Biological Reviews. 2015;90: 89–111.

Frentiu FD, Zakir T, Walker T, Popovici J, Pyke AT, Hurk A van den, et al. Limited Dengue Virus Replication in Field-Collected Aedes aegypti Mosquitoes Infected with Wolbachia. PLOS Neglected Tropical Diseases. 2014;8: e2688.

Henry CS, DeJongh M, Best AA, Frybarger PM, Linsay B, Stevens RL. High-throughput generation, optimization and analysis of genome-scale metabolic models. Nat Biotechnol. 2010;28: 977–982.