ساس‌ها 20,000 برابر مقاوم‌تر شدند! نقشه ژنتیکی راز مقاومت را فاش کرد

نقشه‌برداری ژنتیکی از کک‌های ریز؛ رمزگشایی از مقاومت و آسیب‌پذیری

دانشمندان موفق شدند نقشه ژنتیکی بسیار دقیق و کم‌خطای یک نژاد از ککِ (ساس) آسیب‌پذیر و یک نژاد بسیار مقاوم را تهیه کنند. نژاد مقاوم تقریباً 20,000 برابر در برابر مواد حشره‌کش مقاوم‌تر است. این مطالعه، جامع‌ترین بررسی را از جهش‌های ژنتیکی مرتبط با مقاومت در این حشرات ارائه می‌دهد. یافته‌های آن‌ها در مجله “حشرات” منتشر شد.

اگرچه شواهدی مبنی بر انتقال بیماری توسط کک‌ها به انسان وجود ندارد، اما نیش آن‌ها می‌تواند باعث خارش و عفونت‌های پوستی ثانویه شود. استفاده گسترده از حشره‌کش‌ها، از جمله DDT که امروزه ممنوع شده است، جمعیت این حشرات خون‌خوار را تا اوایل دهه 1960 تقریباً از بین برد و آلودگی‌ها بسیار نادر شد. اما در 20 سال گذشته، شاهد بازگشت این حشرات بوده‌ایم، که بخشی از آن به جهش‌های مقاومتی نسبت داده می‌شود که آن‌ها در برابر این مواد سمی ایجاد کرده‌اند.

مقاومت می‌تواند از طریق مکانیسم‌های مختلفی رخ دهد، مانند تولید آنزیم‌هایی که حشره‌کش‌ها را بی‌اثر می‌کنند (مقاومت متابولیکی) یا ایجاد لایه‌های بیرونی ضخیم‌تر برای جلوگیری از نفوذ مواد شیمیایی (مقاومت نفوذی). مطالعات پیشین، برخی از جهش‌ها و بیان‌های ژنی مرتبط با مقاومت در برابر حشره‌کش‌ها را شناسایی کرده بودند. با این حال، دامنه کامل جهش‌های ژنتیکی که باعث مقاومت می‌شوند، هنوز ناشناخته بود، زیرا هیچ تحقیق ژنوم کاملی از نژادهای مقاوم به حشره‌کش‌ها ارائه نکرده بود.

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی هیدمازای بونو، استاد دانشکده علوم یکپارچه برای زندگی دانشگاه هیروشیما، ژنوم‌های کک‌های آسیب‌پذیر و مقاوم را از ژاپن نقشه‌برداری کردند تا این کمبود اطلاعاتی را برطرف کنند. آن‌ها نژادهای آسیب‌پذیر را از کک‌های وحشی (Cimex lectularius) که 68 سال پیش در مزارع شهر ایزاهایا، ناگازاکی جمع‌آوری شده بودند، به دست آوردند. در عین حال، نژادهای مقاوم از نمونه‌هایی که در سال 2010 از یک هتل در شهر هیروشیما جمع‌آوری شده بودند، پرورش داده شدند.

آزمایش‌های آن‌ها نشان داد که نمونه‌های مقاوم 19,859 برابر در برابر پایروتروئیدها – که رایج‌ترین حشره‌کش برای کنترل جمعیت کک‌ها است – مقاوم‌تر بودند. این میزان از سطوح مشاهده شده در بسیاری از نژادهای فوق‌مقاوم قبلی، فراتر می‌رود. تمامی نمونه‌ها توسط شرکت Fumakilla Limited، یک شرکت تولید مواد شیمیایی مستقر در ژاپن، تأمین شده بودند.

پیدا کردن قطعات پازل ژنتیکی

توالی‌یابی یک ژنوم مانند جمع‌آوری یک پازل بسیار بزرگ است که می‌تواند از حدود 160,000 تا 160 میلیارد قطعه تشکیل شده باشد. برای نقشه‌برداری از ژنوم‌های کاملِ کک‌ها (تا به امروز)، محققان از یک روش پیشرفته توالی‌یابی با “خواندن‌های بلند” استفاده کردند که قطعات طولانی‌تری از DNA را ثبت می‌کند – مانند این که بخش‌های بزرگ‌تری از پازل را یکجا کنار هم قرار دهید. در مقابل، توالی‌یابی سنتی با “خواندن‌های کوتاه” فقط بخش‌های کوچکی را پوشش می‌دهد که اغلب منجر به شکاف‌ها و کمبودهایی می‌شود.

تحقیقات جدید در زمینه ژنتیک کک‌های مقاوم به حشره‌کش

محققان توانستند تصویری تقریباً کامل از دو ژنوم کک‌ها به دست آورند و تقریباً هر قطعه از این پازل را در جای درست خود قرار دهند. آن‌ها به 97.8٪ تکمیل و کیفیت ارزش (QV) 57.0 برای کک‌های حساس و 94.9٪ تکمیل و QV 56.9 برای کک‌های مقاوم دست یافتند. یک QV بالای 30 نشان‌دهنده توالی با کیفیت بالا و نرخ خطای کمتر از 0.1٪ 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. یعنی در این مطالعه، شکاف‌های کمتری وجود دارد و بخش‌های بیشتری از پازل ژنتیکی در دسترس است.

شناسایی جهش‌های جدید مرتبط با مقاومت

پس از توالی‌یابی کامل ژنوم‌ها، تیم تحقیقاتی، ژن‌های کدکننده پروتئین را شناسایی کرد و با بررسی عملکرد آن‌ها و از طریق تجزیه و تحلیل‌های رونویسی، بررسی نمود که آیا این ژن‌ها فعال هستند یا خیر. آن‌ها 3,938 رونویس (نسخه‌های ژنتیکی) با تفاوت در آمینواسیدها را شناسایی کردند. از این تعداد، 729 رونویس با جهش‌های مربوط به مقاومت در برابر حشره‌کش‌ها مرتبط بودند. کوهی توگا، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر فوق دکتری در آزمایشگاه اطلاعات ژنوم دانشگاه HU، گفت: “ما توالی ژنوم کک‌های مقاوم به حشره‌کش را تعیین کردیم که نسبت به کک‌های حساس 20,000 برابر مقاوم‌تر بودند. با مقایسه توالی اسیدهای آمینه بین کک‌های حساس و مقاوم، 729 رونویس با جهش‌های خاص مقاومتی را 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 پایروتروئیدها در کک‌ها نقش داشته باشند.”

محققان با استفاده از مطالعات قبلی روی حشرات، جهش‌های مقاومتی شناخته‌شده را تأیید و جهش‌های جدیدی را کشف کردند که می‌توانند به استراتژی‌های هدفمندتر و موثرتر مبارزه با آفات 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 عوامل مرتبط با مقاومت در کک‌ها گزارش نشده بودند. اصلاح ژنوم این ژن‌ها می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد تکامل و مکانیسم‌های مقاومت به حشره‌کش‌ها ارائه دهد.”

وی افزود: “علاوه بر این، این مطالعه، محدوده ژن‌های هدفمند (برای مطالعه) را گسترش می‌دهد تا بتوان توزیع و تغییرات فراوانی آلل (اشکال مختلف یک ژن) را بررسی کرد. این می‌تواند به ارزیابی سطح مقاومت در جمعیت‌های طبیعی (حشرات) کمک شایانی کند. این کار، پتانسیل رویکردهای سراسری ژنوم را در درک مقاومت به حشره‌کش‌ها در کک‌ها نشان می‌دهد.”

از دیگر اعضای تیم تحقیقاتی می‌توان فومیکو کیموتو و هیروکی فوجی را نام برد که کارمندان شرکت Fumakilla Limited هستند.