Dlaczego karaluchy przeżyją w każdych warunkach

Sekwencjonowanie genomów organizmów żywych jest coraz bardziej popularną metodą identyfikacji gatunków różnych stworzeń ziemskich. Technologia ta umożliwia poznanie całego DNA organizmu, co daje ogrom wiedzy i możliwości badawczych. Tym razem naukowcy przebadali amerykańskiego karalucha Periplaneta americana.

Nie bez powodu stał się on obiektem badań, owad ten bowiem nie tylko stanowi duże zagrożenie chorobotwórcze; znany jest również ze swoich możliwości przeżycia w wyjątkowo niesprzyjających życiu warunkach. Karaluchy przenoszą bakterie, pierwotniaki i wirusy, mogą też wywoływać u ludzi reakcje alergiczne i astmę. Najczęściej można je spotkać w środowisku wilgotnym, z dostępem do sfermentowanego jedzenia. Owad ten jest zatem poważnym miejskim szkodnikiem w ciepłych i wilgotnych regionach całego świata.

Naukowcy poddali analizie trzy pospolite gatunki Periplaneta, koncentrując się na składaniu genomu, identyfikacji zestawu genów i analizach ewolucyjnych P. americana. Dodatkowo badania obejmowały analizy funkcjonalne, analizy rodzin genów i szlaków sygnałowych. Celem naukowców było m.in. określenie sposobu adaptacji karaluchów do upodobanych warunków środowiskowych.

Genom P. americana okazał się drugim co do wielkości genomem owadzim, zaraz po Locusta migratoria, do której amerykański karaluch wykazał podobieństwo na poziomie 60%. Naukowcy zidentyfikowali ponad 21 tysięcy produkujących białko genów (liczba ta jest zbliżona do ilości genów w genomie ludzkim). Ponad 90% ze zidentyfikowanych genów występuje również w gatunku owadzim karaczanów (Blattodea), ich najbliższym homologu. Naukowcy odkryli także, że karaluchy amerykańskie są homologami niektórych gatunków termitów.

Co sprawiło że karaluchy przystosowały się do obrzydliwych warunków środowiska, jakim są wilgotne ciemne pomieszczenia, zgniłe jedzenie i brud?

Naukowcy przeanalizowali kilka szlaków metabolicznych odpowiedzialnych za chemorecepcję, detoksykację i odporność. Wykryli duże grupy genów odpowiedzialnych za te reakcje, które wpływają na upodobania karalucha. Zidentyfikowano grupę genów odpowiedzialnych za wykrywanie zapachów żywności, zwłaszcza fermentującej, którą preferuje amerykański owad. Inna grupa zidentyfikowanych genów odpowiedzialna była za system detoksykacji (obejmujący różne enzymy), który jest kluczowy dla tych stworzeń, aby przezwyciężyć liczne toksyny na jakie są ciągle narażone. Trzecia grupa genów wzmacnia układ odpornościowy owada, zwalczając infekcje ze wszystkich bakterii, które napotka. Dodatkowo naukowcy zidentyfikowali grupę genów odpowiedzialnych za ich bardzo szybką reprodukcję i możliwość odnawiania kończyn urwanych przez drapieżniki. Wszystkie te czynniki sprawiają że karaluchy są bardziej odporne na trudne warunki w jakim żyją.

Opisane badania pokazują jak ewolucja genów wpływa na sposób życia organizmów. Dzięki znajomości genomu karalucha amerykańskiego, naukowcy mogą kontrolować ich rozwój, zwłaszcza w miejscach, gdzie stanowią duże zagrożenie chorobotwórcze. Genom karalucha stanowi także dobry model badawczy do prowadzenia badań nad wyciszaniem lub aktywowaniem grup genów i sprawdzeniu reakcji na różne czynniki zewnętrzne.

Publikacje źródłowe:
Publikacja w czasopiśmie Nature