Vložení jediného genu změní samice komárů na samce

Samci komárů žluté zimnice a asijských tygrů nepijí krev, ale přesto se shromažďují kolem lidí a přistávají na jejich kůži. Australští a dánští entomologové dospěli k tomuto závěru po prostudování literárních údajů a provedení řady experimentů. Navíc samci komárů preferují stejné lidi jako samice. Vědci spekulují, že samci se rojí kolem lidí, protože je to nejsnazší místo, kde potkat potenciálního partnera a spářit se s ní. Předtisk práce je k nalezení na webu bioRxiv.

Samci komárů, na rozdíl od samic, nepijí krev, raději se živí květinovým nektarem a rostlinnými šťávami. Nicméně mužská žlutá zimnice (Aedes aegypti) a asijský tygr (A. albopictus) komáři se často shromažďují kolem lidí, rojí se kolem nich a přistávají na jejich kůži. Navíc je pravděpodobnější, že budou chyceni do pastí, které páchnou jako lidské maso nebo uvolňují oxid uhličitý. Pro srovnání, samci jiných druhů komárů se obecně o lidi ani o jejich pach nezajímají.

Tým entomologů pod vedením Véronique Paris z University of Melbourne se rozhodl přijít na to, proč samci některých druhů komárů přitahují lidi a jiné ne. V první fázi výzkumníci analyzovali vědeckou literaturu o preferencích tohoto hmyzu. Do vzorku bylo zařazeno celkem šestačtyřicet článků, jejichž autoři zachytili komáry na lidech při polních pokusech. Mezi 136 druhy komárů zmíněnými v těchto publikacích bylo pět druhů vysoce specializovaných na krmení lidí, z nichž samci přiletěli a přistáli na lidských tělech: A. aegypti, A. albopictus, A. flavipennis, A. riversi и C. quinquefasciatus. O lidi měli největší zájem samci žluté zimnice a asijských tygrů. Tyto druhy byly zmíněny v 19 a 17 článcích – a v 18 a 15 případech jejich samci přistáli na tělech subjektů.

Jako další krok se Paris a její kolegové zaměřili na vlastní data o preferencích komárů, která shromáždili v letech 2014 až 2022 v mírných a tropických oblastech Austrálie. Během tohoto období chytili vědci na lidech 13 druhů komárů. Byli mezi nimi samci čtyř druhů. Na podporu literárních údajů se samci komárů žluté zimnice nejvíce zajímali o lidská těla. Autoři odchytili zástupce tohoto druhu během 22 pokusů – a v 16 z nich odchytili nejen samice, ale i samce.

Aby vědci potvrdili data shromážděná v přírodě, provedli laboratorní experimenty se třemi druhy komárů: A. aegypti, A. notoscriptus и A. vigilax. Samci těchto druhů chovaní v zajetí byli vypouštěni v dávkách po 100 jedincích uvnitř stanu, na jehož jednom konci seděl muž. Všechny pohyby hmyzu byly zaznamenány na kameru. V důsledku toho se ukázalo, že muži A. notoscriptus и A. vigilax nezajímají se o lidi. Během testů zůstali nečinní a odpočívali, seděli na stěnách stanu. Naopak muži A. aegypti mnohem častěji se shromažďovali na konci stanu, kde dotyčný stál. Vyrojili se kolem předmětu a posadili se na něj.

Podle dřívějších výzkumů některé lidi mnohem více přitahují samice komárů žluté zimnice než jiné. Paris a jeho spoluautoři se rozhodli vyzkoušet, zda tento vzorec platí i pro muže. K tomu zopakovali předchozí experiment, nyní však za účasti pěti subjektů. Během každého testu stála jedna osoba na každém konci stanu. Celkem vědci testovali dvacet kombinací. Následně testovali preference samic. Samice byly umístěny do olfactometru se dvěma pažemi, do každého z nich jeden z pěti subjektů položil ruku. V důsledku toho se ukázalo, že muži A. aegypti opravdu preferuji některé lidi před ostatními. Navíc je přitahovaly stejné předměty jako ženy.

V poslední fázi vědci testovali, zda oblíbené repelenty proti komárům dokážou samce odpudit. A. aegypti. Pokus zopakovali ve stanu, ale někteří ze zkoumaných osob si na kůži nanesli repelent proti komárům. Ukázalo se, že tato léčba snižuje atraktivitu lidí pro samce komárů žluté zimnice. Po ošetření repelentem přistálo na kůži subjektů méně samců. Kromě toho bylo méně pravděpodobné, že kolem nich kroužil hmyz (oba p<0,001).

Samci komárů žluté zimnice nepijí krev, což znamená, že se nerojí kolem lidí a nepřistávají na jejich kůži, aby se krmili. Paris a její spoluautoři naznačují, že tímto způsobem muži A. aegypti hledá partnera. Samice tohoto druhu se ve velkém shromažďují v blízkosti lidí, takže právě zde je pro samečka nejsnazší potkat partnerku a pářit se s ní. Samci komárů asijských tygrů jsou pravděpodobně přitahováni lidmi ze stejného důvodu. Je třeba poznamenat, že oba tyto druhy se během dne krmí a páří, díky čemuž se samci mohou setkat se samicemi v blízkosti kořisti. U komárů ze skupiny Anopheline a Culicine však dochází ke krmení a páření v různých časech (v noci, respektive za soumraku), takže samci se rojí ve vzduchu, spíše než v blízkosti obětí.

Autoři poznamenávají, že jejich zjištění by měla být zohledněna v úsilí o kontrolu komárů. Jednou z populárních metod, jak snížit počet tohoto hmyzu, je vypuštění sterilizovaných nebo geneticky modifikovaných samců do volné přírody. Studie naznačuje, že samci komárů žluté zimnice a asijských tygrů jsou nejlépe vypouštěni v blízkosti lidí, kde s větší pravděpodobností najdou partnery, zatímco samci jiných druhů mohou být vypuštěni do volné přírody.

Více o tom, jak komáři hledají oběti a jak se s tímto hmyzem vypořádat, si můžete přečíst v našem materiálu „Dva v místnosti“.

Vědci vnesli do genomu komárů jeden mužský gen a z genetických samic vyrostli samci se všemi fenotypovými charakteristikami. Komáři se změněným pohlavím však nebyli schopni létat ani se pářit, protože jim chyběl druhý mužský gen. Genetičtí samci s dalším samčím genem v autosomu se však úspěšně rozmnožili a v jejich potomcích se většina samic stala samci. Autoři článku publikovaného v časopise Sborník Národní akademie vědvěří, že použití transgenních samců může snížit podíl kousavých samic v populaci a zpomalit šíření nemocí přenášených komáry.

Komáři získávají mužské pohlaví, pokud je v průběhu jejich vývoje na speciálním lokusu zapnut mužský faktor. Takové faktory byly nalezeny u řady druhů (například u přenašečů tropické horečky Aedes aegypti to je faktor Nix) – tyto primární signály prostřednictvím kaskády událostí spouštějí expresi konzervovaných transkripčních faktorů, které regulují sexuální diferenciaci.

Vědci z Virginia Tech se pokusili zmanipulovat mužský faktor Aedes aegypti — vypnuli gen Nix u mužských embryí a v důsledku toho se u dospělých začaly vyvíjet vaječníky. Po obráceném postupu – zavedení plazmidu s Nix do ženských embryí se objevili komáři s mužskými pohlavními orgány. V obou případech však nebylo možné změnit všechny fenotypové projevy pohlaví. To lze vysvětlit somatickou mozaikou (různé genotypy zárodečných a somatických buněk), použití «nesprávný“ promotor nebo účast na určení pohlaví jiných genů stejného lokusu.

Tohoto úkolu se opět ujala stejná skupina vědců pod vedením Zhijian Tu, která naposledy změnila pohlaví komárů. Biologové vytvořili dvě transgenní linie komárů žluté zimnice (Aedes aegypti), ve kterém je výraz Nix poslouchal stejný promotor jako u hmyzu divokého typu.

Nix vložen do komárích chromozomů, byl v nich exprimován stejným způsobem jako endogenní faktor a zcela změnil fenotyp genetických samic na samce. Hmyz se záměnou pohlaví byl větší než genetickí samci, ale neuměl létat. Protože se komáři páří za letu, transgenní samci nebyli schopni oplodnit aktivní samice. Poté vědci umístili k hmyzu anestetizované samice, ty se mohly pářit a výsledkem bylo životaschopné potomstvo: polovina byli samice divokého typu, polovina transgenní samci. To znamená, že se vědcům skutečně podařilo změnit pohlaví komárů a vychovat plodné samce.

Vědci se domnívají, že neschopnost transgenních komárů létat je spojena s genem myo-sex, který se nachází na stejném „mužském“ lokusu jako Nix. U volně žijících komárů byl k odstranění použit CRISPR/Cas9 myo-sex – Opravdu, někteří z těchto hmyzu nebyli schopni létat. Létající komáři se pářili a jejich potomci měli také nelétavý hmyz – všichni měli mutace v myo-sex. Autoři práce došli k závěru, že tento gen je nezbytný pro mužský let.

Nakonec vědci testovali, jak létající transgenní samci (nesoucí endogenní samčí lokus i uměle vložený lokus) Nix) úspěšně se páří se samicemi. Za tímto účelem bylo do buněk umístěno 20 transgenních samců a samců divokého typu, stejně jako deset samic. V důsledku toho se transgenní jedinci objevili v potomcích poloviny samic, což znamená, že hmyz může účinně šířit gen „změny pohlaví“, alespoň v laboratorních podmínkách.

Transgenní samci by se v budoucnu mohli využít ke snížení počtu samic v populaci – vždyť pijí krev a přenášejí různé nemoci. Nejprve je však nutné provést další výzkum a vytvořit plnohodnotné (to znamená létající) transgender komáry – k tomu je musíme současně zavést do jejich genotypu Nix и myo-sex.

Mezitím vědci používají ke snížení počtu komárů primitivnější nástroje – vypouštějí do přírody sterilní samce, kteří s plodnými soutěží o samice. Nedávno dokonce testovali dron, který sterilní komáry rozpráší a rovnoměrně rozmístí po velké ploše.