Как продемонстрировал COVID, когда патогены перемещаются в популяции, мы приспосабливаемся, ограничивая взаимодействие, даже изолируясь, и в целом меняя то, как мы связаны друг с другом. Люди не одиноки. Новое исследование ученых из Гарварда дает некоторое представление о том, как патогены изменяют социальное поведение животных.

"Экстремальные условия окружающей среды оказывают очень сильное влияние на всех животных, - говорит Юнь Чжан, профессор кафедры организменной и эволюционной биологии. Но хотя такое поведение наблюдалось у животных, начиная с простых плодовых мушек и заканчивая приматами, исследователи не понимали, что происходит в мозге отдельного животного, что приводит к вызванным инфекцией изменениям в социальном поведении.

В своей новой работе, опубликованной в журнале Nature, Чжан и его коллеги изучали маленького круглого червя C. elegans, который существует в природе с двумя полами: гермафродитами, которые производят и яйца, и сперму, и самцами. В нормальных условиях гермафродиты - одиночки, предпочитающие самовоспроизводство спариванию с самцами. Однако команда Чжана обнаружила, что черви-гермафродиты, зараженные патогенным штаммом бактерии Pseudomonas aeruginosa, стали больше интересоваться друг другом и чаще спариваться с самцами.

"В целом, по сравнению с самовоспроизводством, спаривание с самцами с большей вероятностью приведет к появлению новых геномов путем рекомбинации", - добавил Чжан. "Поэтому вызванное патогенами увеличение числа спариваний усиливает способность производить генетическое разнообразие для адаптации животных-хозяев".

Что приводит к такому изменению в брачном поведении? Важную роль играет смесь феромонов - небольших летучих химических веществ, выделяемых отдельными червями, на которые реагируют другие черви.

"Эти феромоны обычно являются сигналом для рассеивания, который заставляет гермафродитов отталкивать друг друга, - говорит Тайлхонг Ву, постдокторант лаборатории Чжана и соавтор первой статьи. Но зараженные гермафродиты становятся менее отталкивающими под воздействием феромонов. Иногда они даже привлекаются ими.

В частности, исследователи обнаружили, что одна пара химически чувствительных нейронов в червях начинает реагировать на феромоны после заражения, и что эти нейроны необходимы для того, чтобы черви изменили свое поведение.

Затем исследователи выделили мессенджерную РНК из этой пары нейронов, изучая, как они отличаются после заражения. Они обнаружили, что рецептор феромонов STR-44 был значительно повышен у зараженных червей. Рецептор STR-44 является рецептором, связанным с G-белком (GPCR), и его экспрессия заставляет пару нейронов реагировать на смесь феромонов. Команда протестировала множество других рецепторов феромонов, которые ранее были идентифицированы у червей, но ни один из них не влиял на изменение социального поведения, вызванное патогеном, что указывает на особую роль STR-44 в этом процессе.

"Обычно экспрессия феромонного рецептора STR-44 у червей очень низкая", - говорит Мингхай Ге, еще один постдокторант в лаборатории Чжана и соавтор первой статьи. "Но воздействие бактериального патогена сильно индуцирует экспрессию этого рецептора". Присутствие большего количества феромонного рецептора STR-44 подавляло отталкивание червей-гермафродитов и увеличивало частоту их спаривания с самцами.

Не ограничиваясь червями, Чжан отметил, что в геномах нескольких животных закодировано множество различных GPCR для химических веществ. Они используются для оценки сигналов окружающей среды, таких как запахи, вкусы и феромоны. Регулирование рецепторов феромонов может быть общей стратегией животных для изменения их социального поведения в присутствии патогенного стресса, сказала она.

"У животных есть много GPCR, которые могут воспринимать химические вещества. Вполне возможно, что некоторые из них обычно не используются", - сказала Чжан. "Как будто они обычно сохраняются в банке, только для того, чтобы быть использованными в стрессовых условиях, таких как инфекция".

Команда считает, что это исследование открывает путь к изучению изменения поведения в ответ на патогены и паразитов у более сложных животных. "Это простое модельное животное дало нам экспериментальные возможности для выявления нейронной и молекулярной основы социальной поведенческой пластичности", - сказал Чжан.

Предыдущие исследования не из лаборатории Чжана уже выявили влияние патогенов на брачное поведение других беспозвоночных и позвоночных животных. "Возможно, другие исследователи смогут изучить феромонные реакции, важные для брачного поведения этих животных", - предположила она, потенциально объясняя, как инфекция влияет на нервную систему, приводя к изменениям в поведении, в том числе в социальном взаимодействии.