Глобальное потепление климата приводит к расширению ареала многих животных. Ученые России и Армении в рамках совместного проекта, поддержанного фондом РФФИ и Государственным научным комитетом Республики Армения, исследуют в Кавказском регионе зараженность малярийных комаров дирофиляриозом – паразитарным заболеванием, опасным для животных и людей. Наряду с этим биологи изучают способность комаров и возбудителей заболевания приспосабливаться к новым условиям, возникающим под влиянием трансформации климата. Эти исследования помогут создать новые подходы для обеспечения биологической безопасности человечества.
– Понимание принципов взаимодействия паразита и хозяина необходимо для создания эффективных и безопасных способов борьбы со многими инфекциями, – рассказывает руководитель проекта, заведующий кафедрой генетики и клеточной биологии Биологического института ТГУ Глеб Артёмов. – Объектами нашего исследования в этом проекте являются малярийные комары и нематоды рода Dirofilaria – возбудители дирофляриоза. Заболевание опасно для человека и животных. Оно имеет две формы: сердечно-легочную, когда паразит поражает ткани и крупные сосуды, и подкожную, когда дирофилярии развиваются в мелких сосудах и под кожным покровом.
Анализ статистики за 2000–2011 годы показывает, что Россия является лидером подкожного дирофиляриоза человека в мире. С наибольшей частотой это заболевание встречается в Ростовской и Волгоградской областях. В последние годы его диагностируют и у жителей Томской области. В Республике Армения дирофиляриоз широко распространен среди животных, но информации о степени заражения дирофиляриями в этом регионе явно недостаточно.
– Кавказ и, в частности, Араратская долина интересны для нас высоким разнообразием малярийных комаров, – говорит Глеб Артёмов. – Так, здесь обитает злостный переносчик малярии Anopheles sacharovi. Армения исторически является эпидемически опасным регионом в отношении малярии. С древних времен здесь было пересечение торговых путей, что способствовало большому потоку миграции и регулярному развитию эпидемий. Проблема малярии была в значительной степени решена здесь в 1950–60-х годах, однако в 1990-х она возникла вновь, при этом был снова обнаружен исчезнувший на 30 лет в Араратской долине An. sacharovi.
В рамках совместных экспедиций ученые ТГУ и Научного центра зоологии и гидроэкологии НАН Республики Армении производили отлов комаров в горах Кавказа: на Араратской равнине и в Ширакской котловине, в окрестностях озера Севан и ряде других территорий Армении, а также на Северном Кавказе России в Ставропольском крае (долины городов Кисловодск и Пятигорск, окрестности Невинномысска). Собранные образцы ученые исследуют с помощью разных методов, включая молекулярно-генетический анализ.
Одна из главных задач исследования – выявить главные принципы взаимодействия «паразит-хозяин». В данном случае речь идет о нематоде – возбудителе дирофиляриоза и комарах, которые выступают переносчиками паразитарного заболевания. Наряду с этим биологи изучают возможность формирования новых связей между хозяином и паразитом, которые могут возникнуть в условиях изменения климата и расширения ареала видов.
– Когда теплеет, не только животные, но и их паразиты могут расширять территорию своего обитания, – объясняет Глеб Артёмов. – К примеру, для личинок дирофилярий температура – значимый фактор, влияющий на развитие. Комар не является теплокровным животным: температура внутри тела комара и снаружи примерно одинакова. Соответственно, низкая температура будет выступать сдерживающим фактором развития паразита. Но если становится теплее, то и внутри переносчика температура повышается, что создает комфортные условия для возбудителя болезни.
Подобные исследования становятся вдвойне актуальными с учетом прогнозов на ближайшие годы. Согласно заявлению Всемирной метеорологической организации (ВМО), в 2023 году крайне высока вероятность проявления периодического климатического явления Эль-Ниньо. Оно приводит к потеплению Тихого океана, что влияет на погоду во всем мире, приводя к рекордным температурам и волнам экстремальной жары. Ожидается, что эффект явления Эль-Ниньо ощутимо проявится через полгода после возникновения, то есть в 2024 году.
– При потеплении южные виды малярийных комаров могут освоить более северные территории, в том числе Сибирь, и принести с собой возбудителей заболеваний, которые пока не могут адаптироваться к сегодняшним климатическим условиям, – отмечает исполнитель проекта, научный сотрудник лаборатории экологии, генетики и охраны окружающей среды Научного управления ТГУ Владимир Бурлак. – Примеры такой адаптации хорошо известны. К примеру, изменение окружающей среды уже привело к тому, что некоторые виды немалярийных комаров выступают переносчиками лихорадки Западного Нила и лихорадки Зика не только в странах Африки, но и в Европе.
Они подключаются и к переносу других возбудителей. К примеру, и в России, и в Армении ученые обнаружили самок немалярийных комаров, содержащих нематод дирофилярий. При этом биологи отмечают, что их зараженность в среднем в четыре раза ниже, чем у малярийных. Виды, которые ранее не являлись компетентными переносчиками (то есть внутри такой особи дирофилярии не могут дозреть до нужной стадии), постепенно становятся более подходящими для возбудителя – хозяин и паразит «притираются» друг к другу. Выстраивание такого взаимодействия расширяет циркуляцию возбудителя и повышает риски для людей. Если малярийные комары питаются только кровью человека, то в случае с антропофильными видами в эту цепочку включаются животные: комар может укусить собаку и передать возбудителя заболевания от нее человеку.
На распространение инфекций влияют и адаптивные возможности переносчиков, их способность противостоять разным видам стресса. Такая способность может определяться инверсиями – хромосомной перестройкой, при которой происходит разворот участка хромосомы на 180 градусов. Молекулярно-генетический анализ, проводимый учеными ТГУ, позволит выявить такие особенности и более точно строить прогнозы относительно распространения опасных заболеваний и вероятности возникновения эпидемий.
Эти фундаментальные данные лягут в основу новых подходов регуляции численности переносчиков опасных заболеваний. В настоящее время генетики ТГУ в рамках стратпроекта «Инженерная биология» при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030» разрабатывают биотехнологии, которые позволят решать подобные задачи экологично, без воздействия на других обитателей окружающей среды.