کشف راز مقاومت بی‌سابقه ساس‌ها در برابر نابودی

نقشه‌برداری از ژنوم‌های مقاوم و آسیب‌پذیر ساس‌ها

دانشمندان ژنوم‌های نزدیک به بدون فاصله و نزدیک به بدون خطای یک سویه ساس آسیب‌پذیر و یک سویه فوق‌مقاوم که حدود ۲۰,۰۰۰ برابر در برابر حشره‌کش‌ها مقاوم‌تر است را نقشه‌برداری کردند. این مطالعه، گسترده‌ترین نگاه را به دامنه کامل جهش‌های مقاومت این حشرات ارائه می‌دهد. یافته‌های آن‌ها در نشریه Insects منتشر شد.

اگرچه شواهدی مبنی بر انتقال بیماری‌ها توسط ساس‌ها به انسان وجود ندارد، اما نیش آن‌ها می‌تواند باعث خارش و عفونت‌های ثانویه پوستی شود. استفاده گسترده از حشره‌کش‌ها، از جمله DDT که اکنون ممنوع شده است، جمعیت این حشرات خون‌خوار را تا اوایل دهه ۱۹۶۰ تقریباً نابود کرد و باعث شد آلودگی‌ها نادر شوند. اما در ۲۰ سال گذشته، جهان شاهد بازگشت آن‌ها بوده است، که بخشی از آن به جهش‌های مقاومتی که در برابر این حشره‌کش‌ها توسعه داده‌اند، مربوط می‌شود.

مقاومت می‌تواند از طریق مکانیزم‌های مختلفی رخ دهد، مانند تولید آنزیم‌هایی که حشره‌کش‌ها را سم‌زدایی می‌کنند (مقاومت متابولیکی) یا توسعه لایه‌های بیرونی ضخیم‌تر برای مسدود کردن مواد شیمیایی (مقاومت نفوذی). مطالعات گذشته برخی از جهش‌ها و بیان‌های ژنی مرتبط با مقاومت در برابر حشره‌کش‌ها را شناسایی کرده‌اند. با این حال، دامنه کامل جهش‌ها که باعث مقاومت می‌شوند، هنوز ناشناخته است، زیرا هیچ تحقیقی ژنوم کامل سویه‌های مقاوم به حشره‌کش را توالی‌یابی نکرده است.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری هیدماسای بونو، استاد دانشکده علوم یکپارچه برای زندگی دانشگاه هیروشیما، ژنوم‌های ساس‌های آسیب‌پذیر و مقاوم را از ژاپن نقشه‌برداری کردند تا این شکاف را پر کنند. آن‌ها سویه‌های آسیب‌پذیر را از ساس‌های وحشی (Cimex lectularius) که ۶۸ سال پیش در مزارع شهر ایزاهایا، ناگازاکی جمع‌آوری شده بودند، به دست آوردند. در عین حال، سویه‌های مقاوم از نمونه‌هایی که در سال ۲۰۱۰ از یک هتل در شهر هیروشیما جمع‌آوری شده بودند، پرورش داده شدند.

آزمایش‌های آن‌ها نشان داد که نمونه‌های مقاوم ۱۹,۸۵۹ برابر در برابر پیریتروئیدها – که رایج‌ترین حشره‌کش برای کنترل ساس‌ها است – مقاوم‌تر بودند و این میزان از سطوح مشاهده شده در بسیاری از سویه‌های فوق‌مقاوم قبلاً شناسایی شده، فراتر بود. تمامی نمونه‌ها توسط شرکت Fumakilla Limited، یک شرکت تولید مواد شیمیایی مستقر در ژاپن، تأمین شده بودند.

جمع‌آوری پازل ژنوم

توالی‌یابی یک ژنوم مانند جمع‌آوری یک پازل بزرگ است که می‌تواند از حدود ۱۶۰,۰۰۰ تا ۱۶۰ میلیارد قطعه تشکیل شده باشد. برای نقشه‌برداری از کامل‌ترین ژنوم‌های ساس تا به امروز، محققان از روش نوآورانه توالی‌یابی با خوانش بلند استفاده کردند که بخش‌های طولانی‌تری از DNA را ثبت می‌کند – مشابه این است که بخش‌های کامل پازل را کنار هم قرار دهید. در مقابل، توالی‌یابی کوتاه‌خوانی سنتی تنها بخش‌های کوچکی را پوشش می‌دهد که اغلب منجر به شکاف‌های ناامیدکننده می‌شود.

تحقیقات جدید در زمینه ژنوم ساس‌های مقاوم به حشره‌کش

محققان توانستند تصویری تقریباً کامل از دو ژنوم ساس‌ها به دست آورند و تقریباً هر قطعه از آن‌ها را در جای خود قرار دهند. آن‌ها به ۹۷.۸٪ کامل بودن و کیفیت ارزش (QV) ۵۷.۰ برای ساس‌های حساس و ۹۴.۹٪ کامل بودن و QV ۵۶.۹ برای ساس‌های مقاوم دست یافتند. یک QV بالای ۳۰ نشان‌دهنده توالی‌های با کیفیت بالا و نرخ خطای کمتر از ۰.۱٪ است. هر دو ژنوم همچنین از مقدار N50 ژنوم مرجع موجود C. lectularius، Clec2.1، که در تلاش‌های قبلی توالی‌یابی به دست آمده بود، فراتر رفتند. این به این معنی است که شکاف‌های کمتری وجود دارد و بخش‌های کامل‌تری از پازل ژنوم در دسترس است.

موتاسیون‌های مقاومتی جدید شناسایی شد

پس از توالی‌یابی کامل ژنوم‌ها، تیم تحقیقاتی ژن‌های کدکننده پروتئین را شناسایی کرد و با تعیین عملکرد آن‌ها از طریق تحلیل‌های رونویسی بررسی نمود که آیا این ژن‌ها فعال هستند یا خیر. آن‌ها ۳,۹۳۸ رونویس با عدم تطابق آمینواسید شناسایی کردند. از این تعداد، ۷۲۹ رونویس جهش‌یافته به مقاومت در برابر حشره‌کش‌ها مرتبط بودند. کوهی توگا، نویسنده اول این مطالعه و پژوهشگر فوق‌دکتری در آزمایشگاه اطلاعات ژنوم دانشگاه HU، گفت: “ما توالی ژنوم ساس‌های مقاوم به حشره‌کش را تعیین کردیم که نسبت به ساس‌های حساس ۲۰,۰۰۰ برابر بیشتر مقاوم بودند. با مقایسه توالی‌های آمینواسید بین ساس‌های حساس و مقاوم، ۷۲۹ رونویس با جهش‌های خاص مقاومت شناسایی کردیم.”

او ادامه داد: “این رونویس‌ها شامل ژن‌های مرتبط با پاسخ به آسیب DNA، تنظیم چرخه سلولی، متابولیسم انسولین و عملکردهای لیزوزومی بودند. این نشان می‌دهد که این مسیرهای مولکولی ممکن است در توسعه مقاومت به پیری‌تروئیدها در ساس‌ها نقش داشته باشند.”

با استفاده از مطالعات قبلی روی حشرات، محققان موتاسیون‌های مقاومتی شناخته‌شده را تأیید و موتاسیون‌های جدیدی را کشف کردند که می‌توانند به استراتژی‌های کنترل آفات هدفمند و مؤثرتر کمک کنند. توگا گفت: “ما تعداد زیادی از ژن‌ها را شناسایی کردیم که احتمالاً در مقاومت به حشره‌کش‌ها نقش دارند و بسیاری از آن‌ها قبلاً به عنوان مرتبط با مقاومت در ساس‌ها گزارش نشده بودند. ویرایش ژنوم این ژن‌ها می‌تواند بینش‌های ارزشمندی در مورد تکامل و مکانیسم‌های مقاومت به حشره‌کش‌ها ارائه دهد.”

او افزود: “علاوه بر این، این مطالعه دامنه ژن‌های هدف را برای نظارت بر توزیع و تغییرات فراوانی آلل گسترش می‌دهد که می‌تواند به طور قابل توجهی به ارزیابی سطوح مقاومت در جمعیت‌های وحشی کمک کند. این کار پتانسیل رویکردهای سرتاسری ژنوم را در درک مقاومت به حشره‌کش‌ها در ساس‌ها نشان می‌دهد.”

دیگر اعضای تیم تحقیقاتی شامل فومیکو کیموتو و هیروکی فوجی هستند که کارمندان شرکت Fumakilla Limited می‌باشند.