de mai sus: o femelă Melanocetus johnsonii de 75 mm lungime cu un mascul lung de 23,5 mm atașat de burtă
EDITH A. WIDDER
Ceratias holboelli, peștele-pescar de mare adâncime al lui Krqusyer, nu naște, nu copulează și nu face nimic din ceea ce un pește ar face în mod obișnuit pentru a se împerechea. În schimb, masculul—cu o lungime de doar câțiva centimetri-se fixează pe corpul femelei relativ gigantice și nu dă drumul niciodată. Încet, corpul său se transformă în al ei, celulele sale devenind ale ei, inclusiv testiculele sale, care sunt folosite pentru a face descendenți. Pe măsură ce dispare, doi indivizi devin unul—ducând conceptul de monogamie la un nou nivel.subordinea peștelui pescar de mare adâncime, compusă din aproape 170 de specii cunoscute, prezintă, fără îndoială, cele mai dramatice obiceiuri de împerechere din regnul animal. La unele specii, masculii se atașează doar temporar de femele și apoi se despart. În altele, cum ar fi C. holboelli, bărbații „fuzionează” permanent cu femelele sau femelele absorb mai mulți bărbați—în unele cazuri până la opt la un moment dat.
printre numeroasele mistere care înconjoară aceste întâlniri de adâncime-au fost surprinse doar pe cameră pentru prima dată în 2018—este unul imunologic. În aproape toate celelalte vertebrate adulte, introducerea țesutului de la un individ la altul ar provoca un răspuns imun puternic care atacă celulele străine. De ce peștele pescar feminin, imunologic vorbind, nu respinge acești masculi paraziți?
o nouă analiză genomică a 13 specii de pește pescar publicată astăzi (30 iulie) în Science oferă câteva indicii. Genomurile speciilor care fuzionează temporar sau permanent cu colegii lor au suferit modificări radicale ale genelor cheie care stau la baza imunității adaptive—o ramură a sistemului imunitar responsabilă de respingerea țesutului străin—făcând unele dintre ele primele cazuri cunoscute de vertebrate cărora le lipsește efectiv un sistem imunitar adaptiv. Pe parcursul evoluției, modificările genelor implicate în producția de anticorpi și răspunsurile celulelor T citotoxice ar fi putut deschide calea pentru obiceiurile ciudate de reproducere ale animalelor, în timp ce pentru oamenii de știință ridică întrebări despre modul în care peștii se apără împotriva agenților patogeni din adâncul mării.”este destul de șocant”, remarcă geneticianul Elizabeth Murchison de la Universitatea din Cambridge, care nu a fost implicat în studiu. „Presupun că nu ar trebui să avem prea multe preconcepții despre ceea ce este și nu este posibil în natură. Evoluția produce tot felul de rezultate nebunești, iar acesta este unul dintre ele.”Imunologul Thomas Boehm și colegii săi de la Institutul Max Planck de Imunologie și epigenetică din Germania au dorit mult timp să știe cum unele specii de pește pescar pot forma fuziuni corporale între indivizi și și-au propus să facă o analiză a genomului animalelor. Probele biologice din marea adâncă sunt greu de găsit, dar cu ajutorul ihtiologului Theodore Pietsch, expert în pești de adâncime de la Universitatea din Washington, echipa a reușit să obțină probe de țesut din mai multe colecții de specimene.Boehm și colegii săi au secvențiat ADN-ul din 31 de exemplare, reprezentând 13 specii de pești de adâncime. Aceasta a inclus patru specii care se împerechează prin atașament temporar și șase specii care formează fuziuni permanente—trei dintre ele într-un mod unu-la-unu și trei care au mai mulți masculi fuzionează cu o singură femelă. Echipa a inclus, de asemenea, trei specii de control din alte grupuri de pește pescar în care masculii nu se atașează niciodată de femele.
echipa a examinat o mână de gene bine caracterizate cunoscute a fi jucători cheie în răspunsul imun adaptiv. În primul rând, au analizat genele care codifică proteinele majore de histocompatibilitate ale peștilor (MHC) clasa I și II, molecule de suprafață celulară care diferă între indivizi și permit celulelor T să distingă propriile celule ale corpului de cele străine. Receptorii MHC clasa I conduc celulele T citotoxice pentru a ataca celulele străine în setările de transplant de țesut.interesant este că cele șase specii care se atașează permanent au prezentat modificări neobișnuite și semnificative ale genelor MHC, care au fost și mai severe la cele trei specii în care mai mulți masculi fuzionează cu fiecare femelă. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, modificări ale genelor care codifică receptorii celulelor T citotoxice care interacționează cu proteinele MHC clasa I. În toți cei șase attacheri permanenți, de exemplu, două gene care codifică astfel de receptori lipseau în totalitate, sugerând că demontarea reactivității citotoxice a celulelor T ar putea fi necesară pentru a permite diferiților indivizi de pește pescar să se împerecheze.
deoarece anticorpii direcționați împotriva țesuturilor străine sunt, de asemenea, cunoscuți pentru a provoca complicații la pacienți în timpul transplanturilor de țesut, echipa a analizat, de asemenea, anumite gene care stau la baza generării de anticorpi. Deși multe dintre aceste gene păreau intacte la majoritatea speciilor de pește pescar, au descoperit că aicda, care joacă un rol important în crearea anticorpilor specifici, a fost efectiv absentă la toate cele 10 specii care formează atașamente temporare sau permanente, în timp ce a fost intactă la cele trei specii de control. Anumite gene rag, care sunt, de asemenea, implicate în formarea anticorpilor, au acumulat mutații dăunătoare la speciile care se împerechează ca grupuri de bărbați, în timp ce acele gene erau relativ intacte la speciile care se împerechează într-un mod unu-la-unu, cum ar fi C. holboelli.
în general, cu cât atașamentul este mai extrem între colegi, cu atât schimbările în genele imunității adaptive par să fie mai extreme, notează echipa. În timp ce atașamentul temporar părea să necesite doar răspunsuri reduse ale anticorpilor, fuziunile permanente unu-la-unu păreau să fie asociate și cu reducerea funcției celulelor T citotoxice. În cazul mai multor colegi, acest lucru a fost marcat de și mai multe modificări, cum ar fi estomparea răspunsurilor anticorpilor și pierderea genelor rag.
pentru imunologul și virologul University College London, Ariberto Fassati, care nu a fost implicat în studiu, rezultatele sunt uimitoare. Mulți oameni de știință presupun că sistemul imunitar, odată stabilit, ar evolua doar într-o singură direcție, „spre a deveni mai adaptativ și mai specific”, spune Fassati. „Dar acest lucru pare că puteți pierde de fapt brațele sistemului imunitar adaptiv . . . dacă presiunile evolutive sunt justificate.”Din câte știe, speciile de pești de adâncime sunt primele cazuri de vertebrate care au pierdut o ramură atât de mare a imunității lor adaptive.
la multe alte vertebrate, eliminarea unor părți ale sistemului imunitar adaptiv are consecințe catastrofale. Bebelușii născuți cu mutații în gena rag, de exemplu, sunt grav bolnavi sau mor rapid dacă nu primesc tratament printr-un transplant de măduvă osoasă, notează Boehm.
un motiv pentru care sistemul imunitar adaptiv este considerat a fi atât de crucial este că mulți agenți patogeni și paraziți au învățat să depășească apărarea imună înnăscută, mai puțin specifică, din prima linie, spune Fassati. De exemplu, mulți viruși, inclusiv vinovatul pandemiei COVID-19 în curs de desfășurare, SARS-CoV-2, pot stopa producția organismului de interferoni care conduc inflamația, care fac parte din apărarea imună înnăscută, adaugă el. Faptul că unele pește pescar se pare că se înțeleg bine fără un sistem imunitar adaptiv complet intact este ” destul de remarcabil.”
această descoperire ridică problema modului în care reușesc să se apere de agenții patogeni din adâncul mării. Boehm speculează că fie peștii trebuie să fi dezvoltat un alt sistem imunitar în întregime, fie poate că au găsit modalități de a-și intensifica mecanismul imunitar înnăscut pentru a compensa lipsa unui răspuns imun adaptiv. Poate că ar putea realiza acest lucru prin exprimarea continuă a interferonilor, speculează el, plasând corpurile lor în alertă constantă și îngreunând virușii și alți agenți patogeni să stabilească infecții. Pentru a dovedi asta, ar avea nevoie de țesut proaspăt unde să poată examina expresia genelor.
„aștept cu disperare să obțin animale unde să pot extrage ARN și să caut niveluri de Expresie ale acestora . . . gene legate de interferon”, spune el. Aflarea modului în care unii pești pescari fac față după pierderea imunității adaptive ar putea fi utilă în găsirea tratamentelor pentru pacienții imunodeficienți, adaugă el.
pentru el, rezultatele reprezintă, de asemenea, o dilemă de pui sau ou: care a venit mai întâi, modificările arhitecturii genetice care stau la baza imunității adaptive sau a strategiei de împerechere a fuziunii? Una dintre speciile pe care le-a examinat poate oferi un indiciu. Se crede că Gigantactis vanhoeffeni se împerechează prin atașament temporar, dar prezintă unele dintre aceleași modificări ale genelor imune ca și speciile care se atașează permanent. Boehm spune că el crede că G. vanhoeffeni ar putea fi, eventual, „în drum spre atașament permanent” evolutiv. „Se pare că unele modificări ale genomului imunitar trebuie să apară înainte ca această fuziune permanentă să se poată instala cu adevărat. Se pare că există o presiune evolutivă încă necunoscută de un fel care face ca aceste gene să dispară sau să dispară.”
Gil Rosenthal, biolog evoluționist la Texas a & M University, spune că se întreabă care ar putea fi aceste presiuni evolutive. Peștele pescar de mare adâncime este extrem de dimorf din punct de vedere sexual, notează el într-un e-mail către omul de știință. „Femelele sunt acești monștri cu colți purtători de lumină, iar bărbații sunt lucruri mici, cu un testicul imens și un nas imens.”Femelele sunt probabil rare în marea adâncă, așa că este probabil ca bărbații să petreacă mult timp în căutarea lor, explică el. Când un bărbat găsește în sfârșit o femelă, ar fi în interesul său să rămână aproape. Dacă se întâmplă ca femela să aibă interese conflictuale—cum ar fi mâncarea masculilor—ar putea configura peștele pentru „conflict sexual.”Această situație ar putea duce într-un fel la un război genomic asupra sistemului imunitar, speculează Rosenthal. „Nu aș fi surprins dacă o parte din epava genomului imunitar provine din conflictul sexual.”
nu ar fi primul exemplu de compromis între comportamentul sexual și funcția sistemului imunitar, adaugă el, menționând că la vertebrate, testosteronul poate deprima funcția sistemului imunitar și poate spori manifestările sexuale masculine. Cu toate acestea, „că atât de mult este închis sau remodelat este doar sălbatic!”pentru Rosenthal și Murchison, rezultatele subliniază modul în care revoluția genomică le-a permis cercetătorilor să se aventureze dincolo de organismele model bine înțelese din laboratoare și să exploreze diferitele adaptări ale vieții pe Pământ. „Sunt atât de multe de învățat nu doar despre imunitate, ci despre toată biologia, explorând descendențe divergente din punct de vedere evolutiv”, spune Murchison. „Și niciodată nu știi cu adevărat ce vei găsi pentru că natura este atât de largă și diversă și există atât de multă adaptare la nișe foarte specializate.”
J. B. Swann, și colab. „Imunogenetica parazitismului sexual” știință, doi: 10.1126/știință.aaz9445, 2020.