Генетики изучают влияние архитектуры ДНК малярийного комара на его свойства

Исследование трехмерной структуры генома малярийного комара с целью создания генетического инструмента, с помощью которого можно будет регулировать численность опасных видов — переносчиков возбудителей смертельно опасных для человека заболеваний, проводят томские ученые. 18 мая об этих исследованиях пишет пресс-служба Томского государственного университета (ТГУ).

Данные, полученные в результате таких исследований, лягут в основу разработки методов борьбы с опасными видами малярийного комара, являющимися переносчиками паразитов, вызывающих у человека тяжелые заболевания, в том числе малярийных плазмодиев.

Согласно оценкам ВОЗ, в 2021 году малярией во всем мире заболели 247 млн человек, из которых 690 тысяч скончались. При этом 95% всех случаев заболевания малярией и 96% случаев смерти от нее приходятся на страны Африки. 80% умерших — дети дошкольного возраста.

Руководитель проекта, профессор Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов рассказал о проводимом исследовании:

«Генетическая информация закодирована в ДНК, которая является линейной молекулой, которую можно представить в виде очень длинной нити. Она очень компактно уложена в ядре клетки. Представьте ДНК малярийного комара как пятикилометровую нить, которую уложили в шарик размером с теннисный мяч. Исследования направлены на то, чтобы понять, как это достигается и как геном работает в такой компактной упаковке».

Линейная структура ДНК одинакова для всех типов клеток комара, но отличается экспрессией генов, которая и создает тканевую и клеточную специфичность. При этом то, как нить ДНК уложена, может определять, какие гены будут экспрессировать (воспроизводить заложенную в них информацию) и какая ткань получится в результате.

Ученые ТГУ намерены выявить механизмы, создающие пространственную упорядоченность (архитектуру) генома в клеточных ядрах разных тканей. На первом этапе проекта ими уже установлено, что главным в этом процессе является взаимодействие хромосом с оболочкой ядра, и выявлено наличие специальных мест прикрепления.

Другим способом формирования архитектуры является взаимодействие ДНК-ДНК: разные участки генома сопрягаются друг с другом на разных линейных расстояниях, создавая иерархические уровни укладки.

При этом участки ДНК, отделенные друг от друга миллионами пар нуклеотидов, контактируют друг с другом в пространстве, образуя некую петлю. Чтобы рассмотреть это явление, ученые используют метод флуоресцентной гибридизации — они помечают разные районы хромосом флуоресцентными метками разного цвета.

Далее ученые пытаются изменять пространственную организацию генома, инактивируя белки ядерной оболочки клетки, отвечающие за прикрепление хромосом, чтобы выявить, какие именно звенья важны для сохранения стабильности архитектуры ДНК.

Сложнейшей задачей проекта, которую еще предстоит выполнить, — манипуляция при помощи технологии CRISPR взаимодействиями внутри хромосом или между хромосомами.

«Если мы будем знать, как формируется трехмерная архитектура генома малярийного комара, мы сможем создать генетический инструмент, который позволит нарушать естественный ход развития организма. Это, в свою очередь, даст возможность регулировать численность популяций переносчиков возбудителей опасных заболеваний, причем делать это гораздо более экологично и эффективно, нежели при помощи инсектицидов», — пояснил Игорь Шарахов.

Проблема борьбы с комарами при помощи инсектицидов в том, что большинство веществ, применяемых для борьбы с малярийными комарами, одновременно уничтожают и множество других живых существ, в том числе и насекомых-опылителей. Тогда как генетический инструмент сможет воздействовать на конкретный вид и его популяцию.

Этот метод позволит регулировать, например, численность комаров вида Anopheles gambiae, распространяющих малярию в странах Африки.

«Мы не хотим уничтожать комаров, не переносящих болезни, они являются очень важной счастью экосистемы, особенно в северных районах и в Сибири,  — отмечает Игорь Валентинович. — На этих территориях они критически важны, поскольку ими кормятся рыбы, амфибии, многие птицы прилетают сюда, чтобы выводить и выкармливать потомство. Поэтому избирательность генетического инструмента, в основу которого лягут новые фундаментальные данные, — фактор глобально значимый».