Комары спасаются от жары дырками

Малярийные комары (род Anopheles) распространены по всему земному шару, исключая полюса и слишком холодные территории: крайняя северная точка ареала -- юг Карелии. Правда, в 90% случаев малярией, возбудитель которой и попадает в кровь человека через укус комара, болеют жители Африки.

США, юг Европы и страны бывшего Советского Союза избавились от назойливого комара, осушив болота и улучшив санитарные условия. С африканскими же комарами, которые заражают в том числе и жителей других континентов, ученые всего мира борются до сих пор. Чтобы исключить возможность развития у комаров резистентности (как это было с ДДТ), биологи предлагают более изящные способы ограничения численности насекомых. Например, генетическую стерилизацию кровопийц.

Засушливые комары

Пока ученые думают, как и чем изничтожить комаров, анофелесы продолжают убивать людей и даже расширяют ареал, передвигаясь на более засушливые африканские территории. Ученые из Института по исследованию малярии (Johns Hopkins Malaria Research Institute) попытались разобраться с тем, какие молекулярные механизмы защищают насекомых от обезвоживания и последующей смерти. Джейсон Рейсгон (Jason Rasgon) и его коллеги исследовали работу комариного аквапорина (AgAQP1) -- белкового «бублика», который перегоняет воду через клеточную мембрану. Похожими водноизбирательными «баранками» пронизаны мембраны клеток всех, даже простейших, живых организмов. В человеческом же теле такими протеиновыми «дырками» испещрены нефроны – клетки, которые экстрагируют из крови мочу. Комарам аквапорин помогает летать и не падать: спустя минуту после приема пищи (крови) комариха начинает выделять мочу, а уже через час в ее пищеварительной системе остаются только необходимые питательные элементы, отфильтрованные из крови.

Джейсон Рейсгон и его коллеги предположили, что аквапорин помогает комарам не только летать, но и не иссохнуть от обезвоживания. Для эксперимента ученые использовали белок, выделенный из Anopheles gambiae. Они сравнили комариный белок с аналогичными «дырками» других видов животных. Оказалось, что AgAQP1 имеет некоторые изменения, нехарактерные для других разновидностей аквапоринов. Вместе с тем, в активном центре комариного аквапорина присутствует аминокислота, характерная для человеческого белка. Особенности молекулярного строения дали о себе знать в эксперименте с ооцитами гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis): лягушачьи клетки, на поверхности которых присутствовали не «родные», а комариные белковые «дырки», в пять раз быстрее потребляли воду из гипоосмотической среды. Правда, ток воды через комариный аквпорин можно было остановить раствором хлорида ртути (HgCl₂). Лягушачий белок качал воду в независимости от наличия аквапариновой «отравы».

Убедившись, что комариный белок обладает сверхспособностями, экспериментаторы приступили к исследованиям in vivo. Они считали количество «дырок», которые появлялись в организме комаров на разных этапах развития и под воздействием стрессирующих факторов окружающей среды. Оказалось, что организме самок-кровопийц аквапорина по сравнению с самцами-вегетарианцами в два-четыре раза больше. Белковые «баранки» есть везде, но больше всего их в кишечнике, половой и выделительной системе. Важно и то, что количество аквапорина резко увеличивается сразу после приема скоромной пищи. То есть, в организме срабатывает механизм, который держит пообедавшую самку налету. Более того, количество аквапорина зависит от относительной влажности: при увеличении влажности с 42% до 80% количество аквапорина увеличивается в 2,5 раза. То есть, комары управляют водными потоками и защищаются от иссушающей жары. Этот вывод подтвердили и результаты эксперимента, в котором были смоделированы условия иссушающей жары: комары с избытком аквапорина «вспотели» и издохли от обезвоживания.

«Полученные результаты объясняют сверхживучесть A. gambiae в засушливых районах», - резюмируют авторы статьи Aquaporin water channel AgAQP1 in the malaria vector mosquito Anopheles gambiae during blood feeding and humidity adaptation. Правда, белок оказался настолько интересным и необычным, что, вероятно, биотехнологи найдут и другое применение этому протеину.