Maradjunk még kicsit a Wolbachiáknál! A legutóbbi bejegyzésben írtam egy olyat, hogy ha egy Wolbachia baktérium megfertőz egy ízeltlábút, elképzelhető, hogy a kettejük szimbiózisa olyan szorossá válik, hogy már nem élhetnek egymás nélkül. Na jó, de hát mégis hogyan történik ez? Erre szeretnék most egy példát mutatni.
A Drosophila melanogaster Sex-lethal (Sxl) génje az X – kromoszómán található, a nemmegatározásban és az X – kromoszóma dóziskompenzációjában játszik fontos szerepet, de szükséges a peteéréshez és a meiotikus rekombinációhoz is. Nem meglepő módon az Sxl nullmutációi recesszív nőstény letálisok (a homozigóta nőstények elpusztulnak), ám ismertek különböző funkcióvesztéses alléljei (általában pontmutációk eredményei), amelyeket hordozó nőstények életképesek, ám terméketlenek. Diana J. Starr és Thomas W. Cline egy ilyen alléllel (Sxlf4) dolgoztak, egy genetikai screent szerettek volna elvégezni, ahol ennek a mutációnak a hatását csökkentő (szuppresszáló) mutációkat kerestek volna. Legnagyobb meglepetésükre azt tapasztalták, hogy az Sxlf4 homozigóta nőstények nem terméketlenek, sok petét raktak, amikből néhány életképes légy kelt ki. Ez a furcsa termékenység anyai öröklődést mutatott, a termékeny anyák leányai is mind termékenynek bizonyultak. Ha az eredeti törzs összes kromoszómáját lecserélték, akkor is megmaradt a termékenység és hímek nem adták át az utódaiknak.
Itt már gyanakodni kezdtek a Wolbachiákra, ugyanis a törzsükből kimutatták ezt a baktériumot, míg az eredeti törzs, amiben az Sxlf4 mutációt izolálták Wolbachiamentes. Elvégezték a kézenfekvő kíséreltet, antibiotikumkezeléssel kiirtották a Wolbachiákat, mire a homozigóta nőstények termékenysége megszűnt, többé nem születtek utódaik. A kezeletlen nőstények kiboncolt petefészke látható az első ábra bal oldalán. Látható, hogy teli van petékkel, míg a jobb oldalon egy tetraciklinkezelt nőstény petefészke látható, mutatva a peteérés súlyos zavarát. Elvégezték a kísérlet fordítottját is, egy nőstény steril Sxlf4 törzset mesterségesen Wolbachiával fertőzve ezek is termékennyé váltak, az általuk rakott peték 7% -ából életképes utódok keltek ki.
Ez gyönyörű modellje annak, hogyan válhat egy szimbionta baktérium elengedhetetlenné a gazdaszervezetnek. Az ecetmuslica Sxlf4 homozigóta nőstények terméketlenek, ez a mutáció nyilvánvalóan kiszorul a populációból, hiszen utódok híján nincs kinek továbbadni. Azonban a Wolbachiafertőzés menti a terméketlenséget, a baktériummal fertőzött anyák továbbadhatják az utódaiknak, így ez a genotípus rögzülhet a populációban. Ha viszont már rögzült, akkor a Wolbachia eltávolítása után a nőstények újra terméketlenné válnak, tehát többet már nem szabadulhatnak meg a baktériumtól.
A kérdés az, hogy ilyesmi megtörténhet –e a természetben is? Erre is találni adatot, Franck Dedeine és munkatársai egy Asobara tabida nevű élősködő darazsat vizsgáltak. Ennek a fajnak minden egyede fertőzött Wolbachiával, a darazsakban mikroszkóposan és PCR reakcióval is kimutathatóak a szimbionta baktériumok. Ha a darázslárvákat rifampicinnel etetve kiirtották a Wolbachia baktériumokat, a kikelő darazsak épnek tűntek, életképesek voltak, ám a nőstények nem hoztak létre utódokat, teljesen terméketlenné váltak. A nőstények petefészkeit kiboncolva azt találták, hogy az ábrán látható módon a Wolbachiamentes nőstények peteérése súlyosan károsodott. (Érdemes összehasonlítani a képet az ecetmuslica petefészkekkel!) A kezelés hatására a hímek termékenysége semmit sem változott, a nőstények mozgása, testmérete, az általános állapotukat jelző két tulajdonságuk mit sem változott, egyszerűen csak terméketlenné váltak.
Hogy kizárhassák az antibiotikum mellékhatását, kipróbáltak még három szert, a tetraciklin ami szerkezetében, hatásmechanizmusában teljesen eltér a rifampicintől, ám szintén megöli a Wolbachiát ugyanígy terméketlenné teszi a darazsakat, míg a ciprofloxacin és a gentamicin, ami nem öli meg a Wolbachiát a petefészek működését sem zavarja. Megvizsgálták, hogy az A. citri nevű közeli rokon fajban, ami Wolbachiamentes, hogyan hat ez a négy antibiotikum és megállapították, hogy egyik sem csökkenti a termékenységet. Ebből levonták a következtetést, hogy nem az antibiotikumok mellékhatása a terméketlenség.
Ez egy olyan eset, ahol a természetben is követhető egy a laborban megfigyelthez hasonló folyamat, mint látható, így válhat esszenciálissá egy szimbionta baktérium. Ha kicsit kitekintünk az állandó vesszőparipámra, az egyszerűsíthetetlen összetettségre, ez egy nagyon jó példa arra, hogyan alakul ki egy EÖ rendszer, hisz a darázs életképtelen a baktériuma nélkül, a rendszer bármelyik elemét eltávolítjuk, nem működik tovább.
D. J. Starr, T. W. Cline (2002): A host–parasite interaction rescues Drosophila oogenesis defects; Nature vol 418 76-79
F. Dedeine, F. Vavre, F. Fleury, B. Loppin, M. E. Hochberg, M. Boulétreau (2000): Removing symbiotic Wolbachia bacteria specifically inhibits oogenesis in a parasitic wasp; PNAS vol. 98 no. 11 6247-6252
