Een onderzoeksteam onder leiding van Tappei Mishina van het RIKEN Biosystems Dynamics Research Center (BDR) ontdekte dat de parasiet gestolen genen gebruikt om zijn gastheer te manipuleren, en dat deze genen waarschijnlijk worden verkregen via een fenomeen dat horizontale genoverdracht wordt genoemd. Deze bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology.
Veel parasieten manipuleren het gedrag van hun gastheren om hun overleving en reproductievermogen te garanderen. IJzerwormen vormen een van de meest complexe voorbeelden van deze gedragscontrole. Draadwormen worden in water geboren en gebruiken waterinsecten zoals eendagsvliegen om naar droog land te liften, waar ze wachten om te worden opgegeten door landinsecten zoals krekels of bidsprinkhanen.
Zodra de ijzerworm deze gastheren bereikt, begint hij te groeien en het gedrag van de gastheer te manipuleren. Volwassen ijzerwormen zullen hun gastheer uiteindelijk ertoe verleiden in het water te springen, wat vaak resulteert in de uiteindelijke dood van de gastheer, zodat deze zijn levensmissie kan voltooien en zich kan voortplanten.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat ijzerwormen de biologische routes van hun gastheer kapen en de beweging naar het licht vergroten, waardoor de gastheer watermassa's nadert. Wetenschappers geloven dat dit wordt bereikt door moleculen in het centrale zenuwstelsel van de gastheer na te bootsen, maar hoe deze parasieten deze moleculaire nabootsing precies hebben ontwikkeld, is een mysterie.
Om deze vraag te beantwoorden, analyseerden de onderzoekers de genexpressie van het hele lichaam in de Chordate-ijzerworm vóór, tijdens en na manipulatie van zijn bidsprinkhaangastheer. Ze ontdekten dat wanneer de gastheer werd gemanipuleerd, de expressie van meer dan 3.000 ijzerwormgenen toenam, terwijl de expressie van 1.500 genen afnam. Aan de andere kant vertoonde de genexpressie in de hersenen van de bidsprinkhaan geen verandering en was in feite niet te onderscheiden van de genexpressie in niet-geïnfecteerde bidsprinkhanen. Deze resultaten suggereren dat de ijzerworm zijn eigen eiwitten produceert om het zenuwstelsel van de gastheer te manipuleren.
De onderzoekers doorzochten vervolgens een eiwitdatabase om de oorsprong te onderzoeken van de genen die door de ijzerwormen werden gebruikt om de bidsprinkhanen te manipuleren. "Verrassend genoeg lijken veel van de ijzerwormgenen die belangrijk kunnen zijn bij het manipuleren van hun gastheren sterk op de bidsprinkhaangenen, wat erop wijst dat ze zijn verkregen via horizontale genoverdracht," zei Misina. “Horizontale genoverdracht is een biologisch proces waarbij genen van het ene organisme naar het andere worden overgedragen, maar niet door reproductie. Het kan een grote impact hebben op de biologische evolutie, waardoor organismen snel nieuwe genen of functies kunnen verwerven die hen helpen zich aan te passen aan nieuwe omgevingen of levensstijlen.
Verdere analyse ondersteunde het idee dat moleculaire nabootsing in de akkoordijzerworm waarschijnlijk het resultaat is van horizontale genoverdracht van de bidsprinkhaan. In het bijzonder vond de studie meer dan 1.400 ijzerwormgenen die overeenkwamen met die gevonden in bidsprinkhanen, maar afwezig waren of aanzienlijk verschilden van ijzerwormsoorten die geen bidsprinkhanengastheren gebruiken. De auteurs concludeerden dat het grote aantal mimicry-genen dat ze vonden waarschijnlijk het resultaat was van meerdere horizontale genoverdrachtsgebeurtenissen van verschillende bidsprinkhanensoorten tijdens de evolutie van de ijzerworm. Deze genen, vooral die welke verband houden met neuroregulatie, aantrekking tot licht en circadiane ritmes, lijken een rol te spelen bij gastheermanipulatie.
Horizontale genoverdracht is een van de belangrijkste manieren waarop bacteriën resistentie tegen antibiotica ontwikkelen. Misina gelooft dat naarmate we meer voorbeelden van horizontale genoverdracht tussen meercellige organismen ontdekken, we dit fenomeen en het hele evolutionaire proces beter zullen begrijpen: "De vele gevallen van horizontale genoverdracht die we bij ijzerwormen hebben gevonden, kunnen als een goed onderzoeksmodel dienen. Met behulp van dit model hopen we de onderliggende mechanismen van horizontale genoverdracht te ontdekken en ons begrip van evolutionaire aanpassing te vergroten."