Специалисты отследили эволюцию лицевой опухоли дьявола (DFTD1) — инфекционного рака, который поставил тасманийских дьяволов на грань вымирания.
Исследование подтвердило, что болезнь зародилась на северо-востоке Тасмании: именно здесь возникли пять эволюционных линий, две из которых угасли, а три остальные распространились по всему острову. При этом, несмотря на десятилетия эволюции, с генетической точки зрения DFTD1 изменилась довольно слабо: как отмечается в статье для журнала PLoS Biology, порой клетки в одной человеческой раковой опухоли похожи друг на друга меньше, чем опухоли дьяволов с разных концов Тасмании.
Еще несколько десятилетий назад тасманийские дьяволы (Sarcophilus harrisii) были обычны на своем родном острове. Однако в середине 1990 годов среди них начал распространяться инфекционный рак — так называемая лицевая опухоль дьявола (DFTD1; существует также менее известная и более редкая DFTD2, которую открыли всего несколько лет назад), которая передается от особи к особи при укусах за морду. За год-полтора после заражения она разрастается настолько, что не дает животным питаться и приводит их к гибели.
По расчетам зоологов, только с 1996 по 2016 годы лицевая опухоль погубила более 80 процентов популяции тасманийских дьяволов. Хотя некоторые части острова пока остаются свободными от болезни, а кое-где животные даже начали вырабатывать устойчивость к ней, специалисты смотрят в будущее вида с пессимизмом: без экстраординарных мер по охране он может исчезнуть в дикой природе уже к 2030–2040 годам.
Чтобы помочь тасманийским дьяволам выжить, ученым нужно больше узнать об угрожающей им болезни. На сегодняшний день уже известно, что опухоль представляет собой клональную линию злокачественных клеток, которая произошла от шванновских клеток одной особи, а затем широко распространилась в популяции. Однако как именно происходило ее распространение по острову, пока неясно.
Разобраться в этом вопросе решила команда исследователей во главе с Элизабет Мерчисон (Elizabeth P. Murchison) из Кембриджского университета. Они проанализировали геномы 648 лицевых опухолей дьяволов, собранных по всей Тасмании с 2003 по 2018 год. Выделив 456 однонуклеотидных вариаций, а также 932 вариации числа копий и 94 соматические митохондриальные мутации, авторы смогли построить филогенетическое древо заболевания.
Исследователи обнаружили, что уже на ранних этапах эволюции, то есть до 2003 года, DFTD1 разделилась на пять эволюционных линий. Они получили условные названия A, B, С, D и E. К кладе D относятся две опухоли из выборки, а к E — всего одна. Судя по всему, обе эти линии исчезли. Зато три оставшиеся, на которые приходится 99 процентов выборки, широко распространились по Тасмании.
Филогенетические данные подтверждают сделанные ранее наблюдения, согласно которым DFTD1 зародилась на северо-востоке Тасмании в 1980 или 1990 годах, а затем поразила популяции дьяволов с высокой плотностью, которые населяли восток и центр острова. Позднее болезнь проникла на северо-запад.
Линии A, B и C, скорее всего, также разошлись на северо-востоке. Клада А разделилась на две: А1 распространилась на юг вдоль восточного побережья, а A2 колонизировала центр, после чего продолжила движение на северо-запад и юг. Клада B поразила центральные, северные и восточные популяции (и в отдельных регионах вытеснила линию А, возможно, благодаря способности существовать в поредевших популяциях дьяволов), а клада C двигалась на запад, постепенно достигнув побережья.
По крайней мере у 37 дьяволов были выявлены опухоли, принадлежащие к разным эволюционным линиям. Это не только указывает на то, что заражение одним типом DFTD1 не защищает от других, но и свидетельствует о возможной конкуренции опухолевых клеток из разных клад внутри одного хозяина. Дополнительный анализ показал, что чаще всего DFTD1 закрепляется на нижней челюсти, а затем поражает все морду.
Интересно, что, несмотря на десятилетия эволюции, с генетической точки зрения DFTD1 изменилась довольно слабо. Как отмечают авторы, разные раковые опухоли у одного человека (а порой и клетки внутри одной опухоли) отличаются друг от друга сильнее, чем лицевые опухоли дьяволов с разных концов Тасмании. Вероятно, уже на ранних этапах DFTD1 приобрела геномную конфигурацию, которая идеально подходит для заражения хозяев и размножения внутри них. Тем не менее, эволюция заболевания все-таки продолжается. Например, авторы обнаружили следы положительного отбора по локусу PDGFRB, направленные на ускоренную пролиферацию клеток.
Авторы надеются, что их работа позволит сделать меры по охране тасманийских дьяволов более эффективными. Кроме того, она может пролить свет на эволюцию инфекционных видов рака.
Наиболее эффективным методом спасения тасманийских дьяволов от вымирания считается создание страховочных популяций, свободных от болезни. Недавно специалисты начали создавать такую популяцию в материковой Австралии, где дьяволы исчезли около трех тысяч лет назад. Есть надежда, что проект не только позволит сохранить исчезающий вид, но и пойдет на пользу местной экосистеме, страдающей от завезенных хищников, таких как кошки и лисы.
Автор: Сергей Коленов