Международная группа исследователей, в работе которой приняли участие биологи из Санкт-Петербургского университета, выявила заразное онкологическое заболевание у дальневосточных мидий. Болезнь может негативно отразиться на популяциях моллюсков, которых активно разводят в России. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Визуализация клеток крови (гемоцитов) мидии, страдающей диссеминированной неоплазией.
«Впервые заразный рак, при котором инфекционным агентом являются сами раковые клетки, был обнаружен у собак в середине XIX века. Он передается венерическим путем от больной особи к здоровой. В 1990-е годы был открыт инфекционный рак у тасманийского дьявола. Получается, что он встречается всего у двух видов млекопитающих. Раньше ученые думали, что это достаточно редкое явление. Однако сегодня картина мира меняется — судя по всему, заразный рак очень широко распространен среди двустворчатых моллюсков», — рассказывает первый автор исследования, научный сотрудник кафедры прикладной экологии СПбГУ Мария Сказина.
Диссеминированная неоплазия — это массовое смертельное онкологическое заболевание двустворчатых моллюсков, которое можно сравнить с лейкемией у позвоночных. У заболевших мидий в гемолимфе, которая выполняет функцию крови, циркулируют раковые клетки. С развитием неоплазии они проникают во все ткани и органы, нарушая их работу.
Впервые причины возникновения этой болезни были описаны в 2016 году в статье, опубликованной группой ученых во главе с Майклом Метзгером в журнале Nature. В ней диссеминированная неоплазия была диагностирована как заразный рак. Его клетки имеют собственный генотип, отличный от генотипов моллюсков-хозяев. Они являются паразитами, которые передаются от больных особей здоровым.
«В прошлом году было опубликовано исследование, в котором предложили механизм передачи раковых клеток между особями. Оказалось, что, когда мидия испытывает стресс, клетки ее гемолимфы могут покидать организм, существовать какое-то время в окружающей среде и проникать внутрь других мидий. Этот процесс наблюдали у здоровых моллюсков. Возможно, раковые клетки используют именно этот механизм для заражения, — считает Мария Сказина. — Однако это лишь гипотеза. Чтобы понять, насколько она состоятельна, потребуются сложные экспериментальные исследования».
У мидий рода Mytilus, важнейших промысловых беспозвоночных, описано две генетические линии инфекционного рака — BTN1 и BTN2 (от англоязычного названия Bivalve Transmissible Neoplasia — трансмиссивная неоплазия двустворок). Обе они произошли от тихоокеанской мидии Mytilus trossulus, встречающейся в том числе в дальневосточных и северных морях России.
«Линия BTN1 на данный момент обнаружена только в одной популяции мидий на тихоокеанском побережье Северной Америки. При этом BTN2 распространена куда шире — до нашего исследования она была зафиксирована у мидий других видов в Европе и Южной Америке, но только не у родительского вида Mytilus trossulus», — говорит Мария Сказина.
В 2019 году для поиска заразного рака у мидий российских морей объединились морские биологи СПбГУ, Национального научного центра морской биологии имени А.В. Жирмунского и Университета Хельсинки. Для диагностики заболевания они разработали комплексный подход, включающий цитологические и молекулярно-генетические тесты, и применили его для мидий Mytilus trossulus из Японского моря, у которых ранее отмечали диссеминированную неоплазию.
В гемолимфе моллюсков из бухты Гайдамак под Находкой методами проточной цитометрии и иммуноцитохимии были обнаружены неопластические клетки — крупные, с полиплоидными ядрами и аномальным цитоскелетом, напоминающим иглы ощетинившегося ежа. Генотипирование гемолимфы и других тканей по ядерным и митохондриальным признакам выявило у больных мидий генетический «химеризм» — присутствие более одного индивидуального генотипа. Множественные аллели (различные формы одного и того же гена, определяющие развитие определенного признака) были разделены методом молекулярного клонирования. У всех больных мидий обнаружили «дополнительные» генотипы, соответствующие BTN2. Так, впервые ученые СПбГУ вместе с коллегами доказали наличие BTN2 у Mytilus trossulus и заразный рак у мидий Японского моря и Северо-Западной Пацифики.
На следующем этапе исследования ученые сравнили методами молекулярной филогенетики полученные ими последовательности митохондриальных генов BTN со всеми хранящимися в генетическом банке NCBI гомологичными последовательностями самих мидий. Оказалось, что митохондрии BTN2 больше всего похожи на митохондрии Mytilus trossulus из российских морей. Вероятно, именно там и жил «нулевой пациент» — мидия, «породившая» этот заразный рак.
Также выяснилось, что BTN2 есть и у мидий Балтийского моря. В 2014 году польские биологи нашли у одной балтийской мидии необычный митохондриальный генотип, который они интерпретировали как генотип Mytilus trossulus. Теперь стало ясно, что это был генотип не мидии, а BTN2. Получается, что заразный рак, который ученые искали на Дальнем Востоке, можно было найти гораздо ближе к Петербургу. Однако насколько широко заболевание распространено среди моллюсков Балтийского моря — еще предстоит выяснить.
«Это заболевание так опасно для беспозвоночных, потому что они не имеют развитой иммунной системы, которая способна надежно распознать свои и чужие клетки. Здоровью человека инфекционный рак моллюсков навредить не может. Однако болезнь может нанести вред марикультуре мидий. Мы пока не знаем, насколько широко заразный рак распространен среди моллюсков в России», — рассказывает Мария Сказина.
В настоящее время ученые продолжают поиски заразного рака у мидий в разных морях России. Предварительные данные говорят, что он встречается не только у мидий Японского и Балтийского морей и что его разнообразие не ограничивается линией BTN2. Также они разрабатывают метод экспресс-диагностики заболевания для целей его мониторинга в природных и коммерческих популяциях моллюсков.
«Хотелось бы надеяться, что наша работа поможет и в области сравнительной онкологии. Думаю, что как модель исследования мидии могут многое рассказать о механизмах распространения раковых заболеваний у разных видов, в том числе у человека», — отмечает Мария Сказина.
Исследование выполнено на базе Научного парка СПбГУ в рамках проекта Российского научного фонда № 19-74-20024 «Морские виды, объекты промысла и марикультуры в условиях гибридизации и клональных раковых инфекций».
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ
