Коралловые рифы стремительно исчезают. Этот факт, к сожалению, известен давно: из-за изменения климата, загрязнения воды, болезней и вирусов кораллы массово гибнут. Это, в свою очередь, ставит под угрозу глобальные морские экосистемы, ведь примерно треть всех морских видов прямо или косвенно зависит от коралловых рифов.
Поэтому ученые всего мира пытаются понять, как спасти кораллы. Похоже, израильские исследователи нашли на этом пути важную подсказку. Причем, как это ни удивительно, дали ее биологам не сами кораллы, а морские анемоны, или актинии, — их ближайшие родственники.
Ученые исследовали звездчатую морскую анемону Nematostella vectensis. Вместе с кораллами актинии относятся к древней группе морских животных — кишечнополостным, которые появились на Земле сотни миллионов лет назад и имеют множество общих биологических механизмов. Если удастся выяснить, как иммунная система актиний защищает их от вирусов, ученые смогут лучше понять иммунитет кораллов и найти новые способы спасения рифов.
Cardi B — теперь не только популярная рэп-исполнительница
В престижном научном журнале Nature Ecology & Evolution недавно были опубликованы результаты новаторского исследования, проведенного учеными из Еврейского университета в Иерусалиме совместно с коллегами из Университета Северной Каролины в Шарлотте. Работа продолжалась шесть лет — с 2020 года, когда на эти цели был выделен специальный грант Европейского исследовательского совета в размере 2 миллионов евро.
Почему ученые решили исследовать именно иммунную систему актиний? Около 600 миллионов лет назад эволюционная линия кишечнополостных отделилась от линии, которая впоследствии привела к появлению человека. В результате у этих животных сформировался собственный способ борьбы с вирусами.
Израильские специалисты обнаружили принципиально новый белок, который на протяжении сотен миллионов лет помогал иммунной системе Nematostella vectensis защищаться от вирусных атак.
«Другими словами, мы обнаружили белок семейства CARD — структурный элемент, которому дали имя CARDIB. Он предотвращает ненужную иммунную реакцию, связываясь с сенсором, распознающим вирусы», — рассказал в беседе с The Times of Israel ведущий автор исследования Тон Шарони.
Открытие ставит под сомнение давнее научное предположение о том, что иммунные системы всех животных — от актиний до человека — происходят от единой древней противовирусной системы и противостоят вирусам одним и тем же способом.
«Эволюция пришла к разным молекулярным решениям одной и той же биологической задачи», — пояснил Шарони.
Но какая связь между популярной американской рэп-исполнительницей Cardi B, первой женщиной, получившей премию «Грэмми» за лучший рэп-альбом, и белком CARDIB?
«Это просто забавное совпадение, благодаря которому название стало легче запомнить, — улыбается Шарони. — Названия генов часто бывают сугубо техническими и плохо запоминаются. В данном случае нам удалось создать аббревиатуру CARDIB — CARD Inhibitor Binding Protein (“белок, связывающий ингибитор CARD”)».
Как работает обнаруженный белок
The Times of Israel со ссылкой на исследователей объясняет, как работает обнаруженный белок. Изначально ученые предполагали, что он похож на человеческий белок MAVS, который запускает иммунную систему после обнаружения вируса. Однако результаты экспериментов заставили их пересмотреть эту гипотезу и по-новому взглянуть на роль CARDIB.
Используя технологию редактирования генома CRISPR, ученые отключили ген CARDIB у морских анемон. Чтобы проверить последствия в естественных условиях, актиний с отключенным геном поместили в открытые морские резервуары в Южной Каролине. Там, в естественной среде обитания звездчатых морских анемон, они подверглись воздействию множества природных вирусов. Животные без CARDIB продолжали жить и размножаться, однако после контакта с вирусами оказались значительно более уязвимыми для инфекций.
Таким образом, выяснилось, что CARDIB действует совсем иначе, чем человеческий MAVS. Если последний можно сравнить с кнопкой включения, мгновенно запускающей иммунный ответ, то CARDIB, напротив, постоянно удерживает иммунную систему в режиме ожидания, не позволяя ей активироваться без необходимости.
«Представьте Мела Гибсона в фильме “Храброе сердце”, который удерживает своих воинов, не позволяя им преждевременно броситься в бой», — предложил аналогию Шарони.
По его словам, когда этот белок отсутствует, тонкий механизм нарушается и организм уже не может эффективно противостоять вирусам.
Его коллега, эволюционный биолог профессор Йеху Моран, добавил, что иммунная система животных должна эволюционировать быстрее вирусов, чтобы обеспечивать выживание организма.
«Это часть так называемой эволюционной гонки вооружений между вирусами и клетками. На Земле не существует ни одной клетки, для которой не нашелся бы вирус, который сумел бы приспособиться к ее заражению», — отметил он.
По мнению Морана, изучение того, как древние животные боролись с вирусами, показывает, что «эволюция организовала защитные механизмы принципиально разными способами».
«Мы привыкли изучать иммунитет на людях и лабораторных мышах. Но древние животные сохранили уникальные решения, которых у нас уже нет», — подчеркнул профессор.
Поскольку актинии являются близкими родственниками кораллов, исследователи полагают, что полученные данные об их иммунной системе помогут найти новые способы защиты коралловых рифов.
«Около 30% всей морской жизни зависит от кораллов. Когда кораллы погибают, вместе с ними исчезают рыбы и беспозвоночные, которые от них зависят, — отметил профессор Моран. — Поскольку вирусы, вероятно, играют роль в деградации кораллов, понимание их иммунной системы имеет решающее значение. Изучая противовирусную систему морских анемон, можно работать над спасением кораллов и, соответственно, морских экосистем».