Spiroplasma jako czynnik determinujący płeć u Drosophila melanogaster

Y-kształtne S. poulsonii u Drosophila w próbkach hemolimfy.
Źródło: https://mbio.asm.org/content/7/4/e00881-16 licencja: CC BY

Kiedy myślimy o czymś w kontekście biologicznym np. płci, najczęściej odnosimy to do najbliżej nam znanego wzorca, czyli nas samych, bądź do otaczających nas ssaków, gdzie procesy płciowe odbywają się w „podobny” sposób. Jednakże są organizmy gdzie różne procesy życiowe, fizjologiczne czy biochemiczne zachodzą w sposób dla nas bardzo zaskakujący, a zarazem fascynujący. Uczymy się, że płeć człowieka jest określona od momentu zapłodnienia, dyktowana materiałem genetycznym przenoszonym przez plemniki. U innych ssaków wydaje się to odbywać w bardzo podobny sposób.

Okazuje się, że są organizmy, u których odbywa się to w bardziej „ekstrawagancki” dla nas sposób. Zaczynamy poznawać jak funkcjonuje biologia, życie, mimo to nie wiemy bardzo wielu rzeczy, stąd też każde badanie naukowe to wiedza pełna ekscytacji. Dowiedzieliśmy się, że jedną z takich „ekstrawagancji” determinowania płci u zwierząt może być np. temperatura, co może wpływać na płeć potomstwa u gadów. Tego typu informacje już też powoli przestają nas zadziwiać, mimo to mało kto wie, w jaki sposób takie procesy odbywają się u insektów.

Jednym z ciekawszych przykładów może być czynnik determinujący płeć u Drosophila melanogaster, czyli znanej nam jako muszka owocowa. Czynnikiem tym jest Spiroplasma, czyli rodzaj bakterii pozbawionych ściany komórkowej. Są to endosymbionty u muszek owocowych. Niektóre gatunki Spiroplasma mogą chronić gospodarza przed infekcjami pasożytniczymi nicieniami. Symbiont ten przenosi się w żeńskiej linii zarodkowej, a więc z matki na potomstwo.

Obecność Spiroplasma poulsonii w organizmie muszki owocowej prowadzi do zabijania zapłodnionych jajeczek, w które są zapłodnione przez plemniki z chromosomem Y warunkującym płeć męską. Taka manipulacja jest korzystna dla symbionta, dlatego że samica ma większą zdolność rozrodczą od samca. Z tego względu, im więcej potomstwa żeńskiego wyda samica, tym większa szansa na rozprzestrzenienie się tego drobnoustroju.

W 2018 roku odkryto podłoże genetyczne za zabijanie samców. Gen nazwano SpAID, który powoduje uszkodzenia DNA na męskim chromosomie X, co prowadzi do niemożliwości uorganizowania się takiego chromosomu oraz uzyskania odpowiedniej struktury chromatyny.

Zadawano sobie jednak pytanie jakie inne mogą być przyczyny takiego działania tych mikroorganizmów. Przedstawiono hipotezę, że śmierć samców może powodować, że zasoby odżywcze będą dostępne tylko dla nich, samic, które z samcami konkurować o to nie będą musiały. Dodatkowo samice zarażone wykazywały się większą przeżywalnością oraz czas rozwoju został skrócony, być może właśnie w wyniku zmniejszonej konkurencji z męskim rodzeństwem.

Jak można zauważyć, jest to zjawisko, które nie jest stricte chorobą dla muszek owocowych. Z jednej strony chroni przed infekcją niektórymi nicieniami, więc może być pożądaną właściwością, z drugiej zabija samce. Jednakże, nie prowadzi to do zaburzeń, które mogłyby doprowadzić do wyginięcia gatunku Drosophila melanogaster. Wymaga to dalszych obserwacji i badań, na chwilę obecną obie strony tej symbiozy czerpią korzyści.

Przykłady takich mechanizmów determinujących płeć u organizmów, pokazują jak mało wiemy o otaczającym nas świecie oraz to jak ciekawy potrafi on być, w porównaniu z naszym punktem widzenia.

Grzegorz Montowski

Źródła:

• Herren, J. K.; Paredes, J. C.; Schupfer, F.; Lemaitre, B. (2013). "Vertical Transmission of a Drosophila Endosymbiont Via Cooption of the Yolk Transport and Internalization Machinery". mBio.
• Herren, Jeremy K.; Paredes, Juan C.; Schüpfer, Fanny; Arafah, Karim; Bulet, Philippe; Lemaitre, Bruno (2014). "Insect endosymbiont proliferation is limited by lipid availability". eLife.
• Harumoto, Toshiyuki; Lemaitre, Bruno (2018). "Male-killing toxin in a bacterial symbiont of Drosophila". Nature. 557 (7704): 252–255.
• Haselkorn, Tamara S.; Jaenike, John (2015). "Macroevolutionary persistence of heritable endosymbionts: Acquisition, retention and expression of adaptive phenotypes in Spiroplasma". Molecular Ecology. 24 (14): 3752–3765.
• Marjorie A.Hoy. (2013). Insect Molecular Genetics (Third Edition). Pages 419-464. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-415874-0.00010-X