В более ранней работе лаборатория Мерфи обнаружила, что материнские черви, заболевшие P. aeruginosa учатся избегать бактерий, и что они могут внушить это поведение избегания своему потомству в течение следующих четырех поколений. Мать-черви, съевшая P. aeruginosa поглощает бактериальную малую РНК, называемую P11, через свой кишечник, которая вызывает сигнал в репродуктивных клетках зародышевой линии червя, который затем передается нейрону, который контролирует поведение.
Впоследствии новое поведение передается будущему потомству через изменения, внесенные в клетки зародышевой линии. В своей новой статье соавторы Ребекка Мур, Рэйчел Калецки, Чен Лесник и их коллеги показывают, что поведение избегания также может передаваться от дрессированных червей другим, наивным взрослым червям.
«Мы обнаружили, что один червь может научиться избегать этой патогенной бактерии, и если мы измельчим этого червя или даже просто воспользуемся средой, в которой плавают черви, и передадим эту среду или лизат измельченного червя наивным червям, эти черви теперь "научитесь" избегать патогена ", – объясняет Мерфи.
Это открытие предполагает, что черви выделяют некий сигнал, который при подхвате другими червями может изменить их поведение. Интересно, что потомство червей, «обученное» получением этого сигнала, также избегает патогенного P. aeruginosa для следующих четырех поколений. Это говорит о том, что секретируемый сигнал запускает тот же путь обучения у червей-реципиентов, что и у тех, кто непосредственно подвергается воздействию патогена. Группа Мерфи стремилась идентифицировать секретный сигнал.
«Мы обнаружили, что ретротранспозон Cer1, который формирует вирусоподобные частицы, по-видимому, переносит память не только между тканями (от зародышевой линии червя до его нейронов), но и между людьми», – говорит Мерфи.
Ретротранспозон – это генетический элемент, похожий на вирус, который внедрился в ДНК животного-хозяина. Исследователи обнаружили, что Cer1 присутствует в ДНК клеток зародышевой линии червей, и что материнские черви, у которых ретротранспозон был сбит посредством РНК-интерференции, не могли научиться избегать P. aeruginosa посредством воздействия P11, передачи поведения избегания потомству или обучения ближайших червей.
Кроме того, взрослым червям-реципиентам необходимо присутствие Cer1 в их геноме, чтобы научиться избегать патогена. Авторы обнаружили, что два штамма диких червей, у которых естественным образом отсутствует Cer1, неспособны делать эти вещи, предполагая, что в этих штаммах Cer1 необходим для установления, передачи и получения этого поведения избегания.
«Мы думаем, что Cer1 может дать червям преимущество в их борьбе с патогенами, хотя приобретение Cer1 в его геноме может быть вредным для червя в непатогенных условиях», – говорит Мерфи.
"Выводы Мерфи и др. провокационные ", – говорит Крейг Мелло, профессор молекулярной медицины Массачусетского университета и один из первооткрывателей РНК-интерференции. "Это еще один интригующий эпизод в растущем числе исследований, в которых говорится, что системные сигналы РНК влияют на трансгенеративное поведение, и если это исследование верно, то теперь даже в горизонтальном направлении."
Хотя другие исследования показали, что животные, такие как морской слизняк Aplysia, способны передавать воспоминания между людьми, работа Мура, Калецкого, Лесника и его коллег является первой, предлагающей механизм, с помощью которого такая передача может происходить в природе. Однако это исследование также поднимает ряд актуальных вопросов.
Например, как указывает Мелло, сейчас хорошо известно, что черви используют сигналы РНК для передачи информации потомству, но в настоящее время неясно, какой вклад Cer1 в этот путь вносит.
"Зачем животному нужен вирус, чтобы передавать сигналы потомству?"Спрашивает Мелло. "Что именно передается?"
По словам Мелло, чтобы продемонстрировать эволюцию отношений между червями и ретро-элементом Cer1, важно заполнить эти пробелы в понимании.
Это именно то, над чем сейчас работает группа Мерфи.