Лента TH Новости Биоинженерия


Зомби-муравьи и грибковые инфекции

∴ 189

Это один из самых ужасных механизмов природы, о котором вы могли услышать ранее: грибок берет под контроль живого муравья и использует его для распространения спор. Недавно было завершено исследование, показывающее подлинный ужас сложившегося механизма.

1068

Исследование, проведенное Университетом штата Пенсильвания, показало, что гриб создает «муравьев-зомби» без прямого заражения мозга хозяев.

Официально паразит известен как Ophiocordyceps unilateralis sensu lato, но он широко известен как гриб-зомби-муравей. Когда он заражает свою цель (рабочих муравьев), грибок приводит насекомое против его воли к нижней стороне листа или палки. Там муравей вынуждено прижимает мандибулы к листу, где и умирает, обеспечив паразиту идеальное место для роста. В течение четырех-десяти дней из мертвой муравьиной головы вырастает стебель, высвобождая споры, что заражают других муравьев и повторяют цикл заново.

Стоит заметить, что муравьи являются ценными экземплярами для многих исследований. Они уже доказывали необычно высокий интеллект а их социальные навыки удивляют ученых.

Этот безжалостный жизненный цикл хорошо изучен более ста лет, но сложность биомеханики в том, как грибок контролирует муравья. И вот здесь начинается исследование штата Пенсильвания.

Чтобы лучше понять, как такие микробные паразиты контролируют поведение животных, мы наблюдали межклеточные взаимодействия между паразитом и его хозяином. Мы отслеживали биохимию организма в решающий момент жизненного цикла паразита, когда манипулируемый хозяин фиксировался на листе мандибулами. Известно, что грибок выделяет тканеспецифические метаболиты и вызывает изменения в экспрессии гена хозяина, а также атрофию в мышцах нижней челюсти. Измененное поведение хозяина — это расширенный фенотип генов микробного паразита, выражающийся через поведение. Но неизвестно, как грибок координирует эти эффекты, чтобы манипулировать поведением хозяина.Маридель Фредериксен, ведущий автор исследования.

Чтобы лучше понять вовлеченные процессы, исследователи сначала заразили муравьев грибом-зомби и другими типами грибов, чтобы попытаться выявить, какие эффекты на клеточном уровне уникальны для случая с «зомби-заражением». Затем ученые построили 3D-изображения с помощью сканирующей электронной микроскопии, чтобы увидеть, где грибковые клетки находятся в телах муравьев, и в каких концентрациях.

Чтобы заглянуть внутрь муравьев и увидеть взаимодействия между паразитом и хозяином, команда выделила 50-нанометровые элементы ткани, отсняла их и встроила на 3D модель с высоким разрешением. Затем были использованы алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения для анализа изображений и дифференциации между муравьиными и грибковыми клетками.

Алгоритмы установили, что клетки грибов распространялись по всему телу муравьев, появляясь в голове, грудной клетке, животе и ногах насекомых. Клетки образуют трехмерную сеть для связи и контроля над муравьем и присутствовали в таких больших количествах, что исследователи заявили, что это существо было грибом, переодетым в муравья.

Интересно, что в мозгу муравьев не было никаких грибковых клеток, хотя они и собирались вокруг органа и теоретически могли на него воздействовать.

Обычно у животных поведение контролируется мозгом, передающим сигналы в мышцы, но наши результаты показывают, что паразит контролирует поведение хозяина по периферии. Почти как кукловод тянет струны, чтобы двигать марионетки, грибок контролирует мышцы муравья, чтобы манипулировать ногами и мандибулами хозяина.Дэвид Хьюз, старший автор исследования.

3D-реконструкция муравьиной мышцы (красного цвета), окруженной грибковыми клетками (желтая)
Заражение мозга кажется привлекательным для управления насекомым, но исследователи полагают, что отсутствие спор грибов в этом отделе помогает грибам поддерживать муравья живым, пока его ресурсы не будут исчерпаны.

Филипп Дончев