Муравьи зарекомендовали себя как новейшая (и самая яркая) модель животных в лабораторном блоке. Тем не менее, любимцы «муравьи-модели-животные» - это довольно новая вещь. Но не для Шелли Бергер, доктора философии , и Роберто Бонасио, доктора философии , из Медицинской школы Перельмана в Университете Пенсильвании.. В течение последнего десятилетия Бергер, Бонасио и коллеги из Медицинской школы Нью-Йоркского университета и Университета штата Аризона (ASU) работали с несколькими видами муравьев (и другими моделями животных), чтобы выявить внутренние молекулярные механизмы старения, рака, и нейробиология мозга, среди других областей. Лаборатории Бергера и Бонасио изучают изменения в самой ДНК, а также изменения в том, как ДНК выражается (область эпигенетики), чтобы выполнить эти открытия. Бергер - профессор Университета Дэниела С. Оча на кафедре клеточной биологии и биологии развития . Бонасио - доцент кафедры клеточной биологии и биологии развития.
«Социальные насекомые, такие как муравьи, являются выдающимися моделями для изучения того, как регуляция генов влияет на поведение», - сказал Бонасио. «Это потому, что они живут в колониях, состоящих из людей с одинаковыми геномами, но совершенно разными наборами поведения». В колонии обычно входит одна матка, выполняющая всю кладку яиц, и множество рабочих, которые жертвуют воспроизводством, чтобы обеспечить все другие задачи для группы.
На этой неделе в паре статей, опубликованных в Cell , команда обратилась к виду муравьев - индийскому прыгающему муравью ( Harpegnathos saltator ), который ведет себя не так, как большинство муравьев. У этого вида любая работница может превратиться в «псевдо-королеву» в отсутствие настоящей королевы и установить господство в своей колонии. Бергер и его коллеги по-разному создали этот вид с помощью генной инженерии, используя теперь известную технологию CRISPR, которая резко изменила их социальное и репродуктивное поведение.
«В самом широком смысле эти исследования предполагают, хотя и косвенно, что человеческий мозг также может быть подвержен этому типу формирования», - сказал Бергер. «Лучшее понимание, с биохимической точки зрения, того, как формируется поведение, могло бы раскрыть понимание расстройств, отличительными чертами которых являются изменения в социальном общении, таких как шизофрения или депрессия».
В одном исследовании мутация, созданная с помощью CRISPR в гене orco , отключила обоняние муравьев. Муравьи-мутанты проявляли асоциальное поведение, например, не взаимодействовали с другими муравьями в колонии, не собирали пищу и не проявляли ухода за собой перед спариванием.
У этих мутантов orco наблюдается задержка роста выступов, создаваемых рецепторами запаха на нейронах антенн муравья в обонятельный центр мозга муравья. Муравьи демонстрируют совместное социальное поведение, которое зависит от химических запахов, называемых феромонами. Ген orco кодирует корецептор всех рецепторов запаха, и мутации orco значительно влияют на обоняние муравьев и, следовательно, на социальное общение.
В другом исследовании Бонасио и его коллеги вводили химический коразонин в мозг муравьям, переходящим в псевдо-королеву, что подавляло экспрессию мозгового белка, называемого вителлогенином. Это изменение стимулировало охотничье поведение рабочих, в то же время подавляя поведение псевдо-королевы, такое как дуэль и откладывание яиц.
Кроме того, когда команда проанализировала белки, которые мозг муравья вырабатывает во время перехода к псевдо-королеве, они обнаружили, что коразонин похож на репродуктивный гормон у позвоночных. Что еще более важно, они также обнаружили, что высвобождение коразонина прекращается, когда рабочие становятся псевдокарицами. Коразонин также предпочтительно экспрессируется у рабочих и собирателей других видов социальных насекомых. В дополнение к коразонину, несколько других генов экспрессировались специфическим для рабочих или цариц способом.
