Po niemal całkowitym wyginięciu pluskwy powróciły w ciągu ostatnich dwudziestu lat w niepożądany sposób, rozprzestrzeniając się po domach i hotelach na całym świecie, powodując różne problemy ze zdrowiem i komfortem. Chociaż nie udowodniono, że przenoszą choroby, pluskwy mogą powodować swędzenie skóry, reakcje alergiczne i stres psychiczny. Główną przyczyną ich ponownego pojawienia się jest rosnąca odporność na powszechnie stosowane środki owadobójcze, co znacznie utrudnia ich wyeliminowanie. Do niedawna naukowcy mieli ograniczone informacje na temat genetycznych przyczyn tej oporności, ponieważ nie zbadano pełnego DNA odpornych pluskiew.
Doktor Kouhei Toga i profesor Hidemasa Bono z Uniwersytetu w Hiroszimie wnieśli znaczący wkład w tę dziedzinę. Ich badania, opublikowane w czasopiśmie Insects, porównują pełną informację genetyczną opornych i nieopornych szczepów pluskiew Cimex lectularius. Korzystając z zaawansowanych narzędzi do sekwencjonowania DNA, które umożliwiają badaczom odczytanie pełnego kodu genetycznego organizmu, zespół dokładnie zmapował genomy – pełny zestaw instrukcji DNA – obu typów i odkrył konkretne zmiany genetyczne powiązane z opornością.
Jednym z ich najbardziej znaczących odkryć był niezwykle wysoki poziom oporności szczepu Hiroszima. Szczep ten był tysiące razy bardziej odporny na powszechnie stosowany środek owadobójczy zwany permetryną w porównaniu ze szczepem nieodpornym. Tak dramatyczna różnica wskazuje na poważne zmiany na poziomie genetycznym. Na szczęście jakość sekwencji DNA obu szczepów była równie wysoka, co ułatwiło zespołowi porównanie ich obok siebie.
Doktor Toga i profesor Bono znaleźli setki kopii genów, zwanych transkryptami, czyli wiadomościami skopiowanymi z DNA, które pomagają organizmowi wytwarzać białka. Zawierały one zmiany charakterystyczne dla odpornych owadów. Niektóre z nich dotyczyły genów, o których już wiadomo, że są powiązane z opornością, na przykład tych zaangażowanych w kontrolowanie sygnałów nerwowych lub rozkładanie szkodliwych substancji chemicznych. „Te mutacje mogą zmieniać funkcję genów i prowadzić do oporności na środki owadobójcze” – wyjaśnił profesor Bono, wskazując, jak potężna może być analiza DNA w identyfikowaniu genów mających największe znaczenie. Odkryli także nowe mutacje w genach niezwiązanych wcześniej z opornością – genach, które pomagają naprawić uszkodzone DNA, kontrolują sposób podziału komórek i zarządzają sposobem, w jaki organizm wykorzystuje energię.
Aby zbadać, co mogą oznaczać te zmiany, zespół zbadał, w jaki sposób grupy tych genów współdziałają w organizmie. Odkryli, że w powstawaniu oporności rolę może odgrywać kilka kluczowych procesów zachodzących w organizmie. Obejmowały one sposób, w jaki komórki naprawiają uszkodzenia DNA, wzrost i podział komórek, przetwarzanie energii oraz sposób postępowania z odpadami wewnątrz komórek. „Reakcja na uszkodzenie DNA, regulacja cyklu komórkowego, metabolizm insuliny i lizosomy odgrywają rolę w rozwoju oporności na pyretroidy” – zauważa dr Toga. Odpowiedź na uszkodzenie DNA odnosi się do sposobu, w jaki organizm wykrywa i naprawia uszkodzony materiał genetyczny. Regulacja cyklu komórkowego kontroluje, kiedy i jak komórki rosną i rozmnażają się. Metabolizm insuliny pomaga regulować zużycie i magazynowanie energii, a lizosomy to struktury w komórkach, które rozkładają odpady. Odkrycia te sugerują, że oporność na środki owadobójcze może obejmować bardziej złożone funkcje organizmu, niż wcześniej sądzono.
Odkrycia te mają istotny wpływ na świat rzeczywisty. Nie tylko pomagają naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób rozwija się oporność, ale także otwierają nowe sposoby testowania oporności i potencjalnego jej przeciwdziałania. Naukowcy mogą teraz korzystać z narzędzi do edycji genów, które umożliwiają precyzyjne zmiany w DNA w celu zbadania dokładnej roli tych zmian genetycznych, co może prowadzić do mądrzejszych strategii zwalczania szkodników. Poszerzenie zakresu genów monitorowanych w populacjach szkodników mogłoby również sprawić, że badania odporności będą dokładniejsze i bardziej pouczające.
Podsumowując, badania dr Togi i profesora Bono stanowią kluczowy krok naprzód w walce z pluskwami. Dzięki dokładnemu określeniu szczegółów genetycznych, które pomagają tym szkodnikom przetrwać zabiegi owadobójcze, naukowcy są teraz w stanie lepiej je przechytrzyć. W miarę rozprzestrzeniania się opornych szczepów tego rodzaju wiedza jest niezbędna do opracowywania długoterminowych, skutecznych i opartych na nauce podejść do zwalczania szkodników.
Odniesienie do czasopisma
Toga K., Kimoto F., Fujii H., Bono H. „Poszukiwanie w całym genomie mutacji genów, które prawdopodobnie nadają odporność na środki owadobójcze u pluskwy zwyczajnej, Cimex lectularius”. Owady, 2024; 15(737). DOI: https://doi.org/10.3390/insects15100737
O Autorach
Doktor Kouhei Toga jest badaczem specjalizującym się w informatyce genomu i biologii molekularnej. Jest związany z Uniwersytetem w Hiroszimie, gdzie jego prace skupiają się na mechanizmach genetycznych leżących u podstaw odporności na środki owadobójcze i ewolucji genomu. Posiadając wiedzę z zakresu zaawansowanego sekwencjonowania DNA i bioinformatyki, dr Toga dąży do lepszego zrozumienia, w jaki sposób małe zmiany genetyczne mogą prowadzić do poważnych zmian w zachowaniu organizmu i strategiach przetrwania.
Profesor Hidemasa Bono jest czołową postacią w dziedzinie informatyki genomu i analizy danych biologicznych na Uniwersytecie w Hiroszimie. Kieruje inicjatywami w Centrum Innowacji Genome Editing, koncentrując się na dekodowaniu złożonych danych biologicznych w celu napędzania innowacji w naukach o zdrowiu i rolnictwie. Praca profesora Bono łączy najnowocześniejszą technologię z zastosowaniami w świecie rzeczywistym, wykorzystując potężne narzędzia obliczeniowe do odkrywania ukrytej roli genów w odporności, chorobie i adaptacji. Doktor Toga i profesor Bono wspólnie pomagają kształtować przyszłość zwalczania szkodników i badań genetycznych.
