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Os mosquitos e outros insetos podem transmitir doenças humanas, como a dengue e o vírus Zika, mas quando esses insetos estão infectados com certas cepas da bactéria Wolbachia, esta bactéria reduz os níveis de doenças em seus hospedeiros. Atualmente, os humanos aproveitam isso para controlar populações de vírus prejudiciais em todo o mundo.
Nova pesquisa conduzida na UC Santa Cruz revela como a bactéria se espalha Wolbachia pipientis também aumenta a fertilidade dos insetos que infecta, uma visão que poderia ajudar os cientistas a aumentar as populações de mosquitos que não transmitem doenças humanas.
“Com abordagens de substituição de populações de insetos, eles mantêm todos os mosquitos e apenas acrescentam Wolbachia para que menos vírus sejam transportados nesses mosquitos e transmitidos aos humanos quando eles os picam – e está funcionando muito, muito bem”, disse Shelbi Russell, professor assistente de engenharia biomolecular na UCSC que liderou esta pesquisa. “Se houver algum benefício de fertilidade de Wolbachia que poderia evoluir ao longo do tempo, então poderíamos usar isso para selecionar taxas mais altas de mosquitos que suprimem nossa transmissão viral”.
Esses resultados foram detalhados em um novo artigo liderado por Russell, publicado hoje na revista Biologia PLOS. O professor de Biologia Molecular, Celular e do Desenvolvimento da UCSC, William Sullivan, é o autor sênior do artigo.
Humanos e Wolbachia
Diferentes cepas de Wolbachia as bactérias infectam naturalmente vários animais diferentes em todo o mundo, como mosquitos, borboletas e moscas da fruta. Depois de infectarem um inseto, as bactérias são capazes de manipular a reprodução e o desenvolvimento de seu hospedeiro para aumentar sua própria população. Os humanos aproveitam isso para controlar o tamanho da população de insetos que transmitem doenças que nos ameaçam.
Wolbachia desenvolveram um mecanismo para envenenar o esperma de machos infectados, de modo que, se o macho acasalar com uma fêmea não infectada, a maior parte da prole potencial morra logo na primeira divisão celular e o restante seja perdido logo depois. Os humanos aproveitaram-se disso para matar as populações de insetos.
No entanto, a pesquisa mostra que mais tarde, depois de terem matado o maior número possível de hospedeiros não infectados, Wolbachia mudar sua estratégia evolutiva para aumentar os níveis populacionais de hospedeiros infectados. Compreender como isso acontece é importante para evitar consequências inesperadas dos esforços humanos para controlar as populações de insetos.
“Precisamos compreender todos estes factores e o seu potencial evolutivo se quisermos libertar bactérias em novos ecossistemas”, disse Russell. “Eles estão evoluindo em tempo real, então precisamos entender para onde estão indo essas trajetórias”.
Para além da prevenção de doenças, o controlo das populações de insectos e da distribuição através de bactérias poderia ser um mecanismo eficaz para a segurança das culturas face às alterações climáticas.
Compreendendo o aumento da fertilidade
Os novos resultados mostram que Wolbachia pipientis, que é nativo das moscas-das-frutas, evoluiu para aumentar a fertilidade e, portanto, o tamanho da população de seu hospedeiro, a mosca-das-frutas. Pesquisas anteriores descobriram que o Wolbachia pipientis consegue isso manipulando uma proteína nas moscas da fruta chamada Meiotic-P26, que afeta a fertilidade, mas não estava claro como exatamente isso acontece.
Para investigar, Russell e seus colegas criaram moscas da fruta com vários defeitos que afetam o Mei-P26, o que fez com que reduzissem a fertilidade. Esses defeitos ocorrem ocasionalmente naturalmente na natureza, mas são difíceis de rastrear nesse ambiente. Os pesquisadores então examinaram o que aconteceu quando infectaram as moscas com Wolbachia pipientis.
Eles descobriram que Wolbachia a infecção restaurou a fertilidade da mosca da fruta, permitindo-lhes produzir ainda mais descendentes do que as moscas não infectadas. Os pesquisadores descobriram que Wolbachia podem essencialmente desfazer defeitos genéticos em seu hospedeiro que, de outra forma, causariam a extinção da população. O Wolbachia resgatar sua população hospedeira por meio de diversas estratégias, incluindo a restauração de células-tronco da mosca da fruta e a garantia de que os óvulos se desenvolvam adequadamente.
Em experimentos posteriores, os pesquisadores também descobriram que, além de resgatar moscas-das-frutas com defeitos, o Wolbachia pipientis a infecção também melhora a saúde e a fertilidade das moscas-das-frutas sem defeitos, resultando em maiores taxas de postura e eclosão de ovos para esses insetos.
Wolbachia no laboratório
Russell se concentra em Wolbachia porque ela e seus hospedeiros, moscas-das-frutas, são relativamente fáceis de manter vivos e reproduzir em laboratório. Muitas vezes, quando os cientistas estudam bactérias, seus esforços são prejudicados porque o hospedeiro, a bactéria ou ambos são difíceis de manter vivos no ambiente de laboratório – até mesmo a pesquisa de bactérias comuns importantes para os seres humanos, como Clamídia são retardados por este problema. Wolbachia e os seus hospedeiros, moscas-das-frutas, oferecem uma rara oportunidade para compreender como as bactérias podem alterar o ADN e os processos biológicos do seu hospedeiro.
“Ao estudar este sistema, posso aprender muito sobre como estas bactérias estranhas funcionam e como se integram com a biologia do hospedeiro”, disse Russell. “As bactérias são capazes de entrar nesses eucariontes e alavancar alguns desses mecanismos para os quais seus ancestrais nem sequer continham os genes. É algo realmente fascinante em geral, e é legal podermos aproveitar isso para aplicações de controle biológico.”
Russell e seu laboratório continuarão a se concentrar nas mudanças específicas que ocorrem nos genomas e na expressão genética das espécies hospedeiras, e a observar os benefícios de fertilidade que Wolbachia podem trazer para seus hospedeiros outras populações de insetos.
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