Если вы, только понюхав или лизнув, скажем, кусок сыра, можете сразу определить его питательную ценность, то с большой долей вероятности вы – коала. Это, конечно, шутка, однако доля правды в ней есть: милые австралийские зверьки действительно обладают такой способностью. Но при этом лакомятся, как известно, листьями эвкалипта, которые являются довольно токсичными. Теперь учёные знают, какие гены делают коал такими странными гурманами.
Коал подстерегает множество опасностей: они склонны к различным болезням, часто попадают в лапы хищников или под колёса автомобилей, а также вымирают из-за вырубки лесов. Фото skeeze/pixabay.com.
Команда из 29 университетов и научных центров Австралии и других стран впервые секвенировала геном коал, чтобы узнать больше об этих животных, а также найти способы их спасения от вымирания. Эксперты из Университета Сиднея отмечают в пресс-релизе, что полученный геном является одним из самых полных и упорядоченных на сегодняшний день: точность расшифровки составила 95,1% (как и в случае с геномом человека).
По словам ведущих авторов работы Ребекки Джонсон (Rebecca Johnson) и Кэтрин Белов (Katherine Belov), новые данные не только раскрывают генетические причины необычных пищевых пристрастий коал, но и позволяют судить об их популяционном разнообразии, эволюции и здоровье.
Эти знания крайне важны, ведь, несмотря на всю "милоту" зверьков, их жизнь нельзя назвать райской. Коал подстерегает множество опасностей: они склонны к различным болезням, передающимся половым путём и вызывающим бесплодие, а также к слепоте. Нельзя забывать и о постоянных нападениях собак и лисиц, а также частых ДТП (для коал даже строятся специальные пешеходные переходы).
В ходе работы исследователи секвенировали более 3,4 миллиарда пар оснований и более 26 тысяч генов в геноме коалы (для сравнения: человеческий геном содержит 3,1 миллиарда пар оснований и 20-25 тысяч активных генов).
Одно из главных открытий – это гены, позволяющие "настраивать" белковый состав материнского молока на стадиях лактации. Это крайне важно, поскольку коалы при рождении не имеют сформированной иммунной системы.
Беременность самки длится в среднем 30-36 дней, после чего появляется детёныш весом около 5,5 граммов и размером не более 18 миллиметров. Затем малыш ещё полгода развивается в сумке матери, и на этом этапе решающее значение имеет состав её молока.
Чтобы удовлетворить меняющиеся потребности растущего организма, состав молока на разных этапах кормления изменяется, и теперь учёные знают, какие гены отвечают за это.
Более того, оказалось, что эти самые "молочные белки" могут играть противомикробную роль, проявляя активность против целого ряда бактерий и грибковых видов, включая Chlamydia pecorum, штамм, который, как известно, вызывает хламидиоз и другие заболевания репродуктивной и зрительной системы коал.
Используя новые данные, можно будет разработать более эффективную вакцину для борьбы с такими патогенами, уточняет Кэтрин Белов.
Кэтрин Белов (слева) и Ребекка Джонсон (справа). Их команда решила опубликовать результаты работы в открытом доступе, чтобы учёные по всему миру могли использовать новые данные для будущих исследований. Фото University of Sydney.
Другая опасность для австралийских сумчатых кроется в особом штамме ретровируса, известном как KoRV (Koala retrovirus). К сожалению, о нём пока мало что известно, однако секвенирование показало, что геном коал может содержать множество версий KoRV.
Также выяснилось, что коалы имеют огромную вариативность в двух семействах генов, отвечающих за детоксикацию организма, в том числе благодаря выработке ферментов под названием цитохромы P450. Гены, о которых идёт речь, экспрессируются во многих тканях, особенно в печени.
Вероятно, именно в этом и кроется объяснение, казалось бы, невероятной диеты коал: долгое время они в ходе эволюции разрабатывали "генетический инструментарий" для производства большого количества ферментов, разрушающих токсины. Вот почему листья эвкалипта, содержащие довольно много ядовитых соединений, для этих животных становятся обычным лакомством.
Также учёные смогли объяснить способность животных распознавать нужные виды эвкалиптов. У коал оказалось 24 гена, ответственных за распознавание горького вкуса (и это рекорд среди австралийских сумчатых). Кроме того, у них имеется шесть генов, кодирующих рецепторы, способные улавливать запах некоторых летучих веществ.
Но и это ещё не всё. Благодаря увеличенному количеству белка под названием аквапорин 5 коалы способны также распознавать содержание воды в эвкалиптовых листьях и в итоге получать из них достаточное количество жидкости.
Ещё одно важное направление для исследований – это поиск новых методов защиты популяций коал от вымирания. Урбанизация и вырубка эвкалиптовых лесов, болезни, нападения хищников – эти и другие угрозы буквально преследуют австралийских зверьков. Более того, коалы вымирают неравномерно: например, в северных регионах Австралии их численность резко сокращается, тогда как на юге, напротив, наблюдается небольшой прирост. Это затрудняет контроль над всей популяцией, поясняют экологи.
При этом ранее считалось, что коалы демонстрируют низкое генетическое разнообразие и большой процент близкородственного скрещивания из-за изолированности популяций. Однако в их геноме было выявлено более тысячи маркеров, указывающих на довольно высокий инбридинг (скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции) и не менее высокое генетическое разнообразие.
Исследователи заключают, что абсолютно все эти данные пригодятся для разработки новых стратегий сохранения популяций коал. Более того, результаты секвенирования будут занесены в общедоступные базы данных, чтобы специалисты во всём мире могли с ними ознакомиться и, возможно, использовать их как основу для дальнейшей работы или предложить свои варианты методов спасения животных.
Научная статья по итогам этого увлекательного исследования была опубликована в журнале Nature Genetics.
