COVID’in gösterdiği gibi, patojenler popülasyonda dolaşırken uyum sağlar, etkileşimleri sınırlar, hatta izole eder ve genel olarak birbirimizle ilişki kurma şeklimizi değiştiririz. İnsan yalnız değildir. Bilim bilim adamlarının yeni araştırmaları, patojenlerin hayvan sosyal davranışlarını nasıl değiştirdiğine dair bazı bilgiler sağlıyor.
Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü’nde profesör olan Yun Zhang, “Aşırı çevre koşullarının tüm hayvanlar üzerinde çok güçlü bir etkisi var” dedi. Ancak bu davranış, basit meyve sineklerinden primatlara kadar hayvanlarda görülse de, araştırmacılar, bireysel bir hayvanın beyninde, sosyal davranışta enfeksiyon kaynaklı değişikliklere yol açan ne olduğunu anlamadılar.
Nature’da yayınlanan yeni makalelerinde Zhang ve meslektaşları küçük yuvarlak solucanı incelediler. C elegans, Doğada iki cinsiyeti olan canlılar: Hem yumurta hem de sperm üreten hermafroditler ve erkekler. Normal koşullar altında, hermafroditler yalnızdır ve erkeklerle çiftleşmektense kendi kendine üremeyi tercih ederler. Bununla birlikte, Zhang’ın ekibi, hermafrodit solucanların, bakterinin patojenik bir türü tarafından enfekte olduğunu buldu. Pseudomonas aeruginosa birbirleriyle daha fazla ilgilenmeye başladılar ve erkeklerle çiftleşmeleri arttı.
Zhang, “Genel olarak, kendi kendine üreme ile karşılaştırıldığında, erkeklerle çiftleşmenin rekombinasyon yoluyla yeni genomlar üretme olasılığı daha yüksektir” diye ekledi. “Bu nedenle, çiftleşmede patojen kaynaklı artış, konakçı hayvanların adaptasyonu için genetik çeşitlilik üretme yeteneğini güçlendiriyor.”
Çiftleşme davranışındaki bu değişikliği yönlendiren nedir? Diğer solucanların yanıt verdiği bireysel solucanlar tarafından yayılan küçük kimyasallar olan feromonların bir karışımı önemli bir rol oynar.
Zhang laboratuvarında doktora sonrası bilim insanı ve makalenin ortak yazarı olan Tailhong Wu, “Bu feromonlar genellikle hermafroditlerin birbirini itmesine neden olan ipuçlarını dağıtıyor” dedi. Ancak enfekte hermafroditler, feromonlar tarafından daha az itilir. Bazen onlardan bile etkilenirler.
Spesifik olarak, araştırmacılar solucandaki bir çift kimyasal algılayıcı nöronun enfeksiyondan sonra feromonlara yanıt vermeye başladığını ve bu nöronların solucanların davranışlarını değiştirmesi için gerekli olduğunu buldular.
Daha sonra araştırmacılar, enfeksiyon sonrası nasıl farklı olduklarını inceleyerek nöron çiftinden mesajcı RNA’yı izole ettiler. Feromon reseptörü STR-44’ün enfekte solucanlarda önemli ölçüde yukarı regüle edildiğini keşfettiler. STR-44 reseptörü, bir G-protein bağlı reseptördür (GPCR) ve ekspresyonu, nöron çiftinin feromon karışımına yanıt vermesini sağlar. Ekip daha önce solucanlarda tanımlanan diğer birçok feromon reseptörünü test etti, ancak hiçbiri patojen kaynaklı sosyal davranış değişikliğini etkilemedi, bu da STR-44’ün bu süreçteki özel rolünü öne sürüyor.
Zhang laboratuvarında başka bir doktora sonrası bilim insanı ve makalenin ortak yazarı olan Minghai Ge, “Normalde, STR-44 feromon reseptörünün ifadesi solucanlarda çok düşüktür” dedi. “Ancak bakteriyel patojene maruz kalma, bu reseptörün ifadesini güçlü bir şekilde indükler.” Daha büyük miktarda STR-44 feromon reseptörünün varlığı, hermafrodit solucanların itilmesini bastırdı ve erkeklerle çiftleşme oranlarını artırdı.
Solucanların ötesine bakan Zhang, kimyasallar için birçok farklı GPCR’nin birkaç hayvanın genomlarında kodlandığına dikkat çekti. Kokular, tatlar ve feromonlar gibi çevresel ipuçlarını değerlendirmek için kullanılırlar. Feromon reseptörlerinin düzenlenmesi, hayvanların bir patojen stresi varlığında sosyal davranışlarını değiştirmek için ortak bir strateji olabileceğini söyledi.
“Hayvanların kimyasalları algılayabilen birçok GPCR’si var. Zhang, “Bazılarının normal olarak kullanılmaması mümkündür” dedi. “Sanki genellikle bankada saklanıyorlar, sadece enfeksiyon gibi stresli koşullar altında kullanılıyorlar.”
Ekip, araştırmanın daha karmaşık hayvanlarda patojenlere ve parazitlere tepki olarak davranış değişikliğini incelemek için bir yol sağladığını düşünüyor. Zhang, “Bu basit model hayvan, sosyal davranış plastisitesinin nöronal ve moleküler temelini belirlememiz için bize deneysel güçler verdi” dedi.
Zhang laboratuvarından olmayan önceki çalışmalar, patojenlerin diğer omurgasız ve omurgalı hayvanların çiftleşme davranışları üzerindeki etkilerini zaten belirlemiştir. “Belki diğer araştırmacılar, bu hayvanlarda çiftleşme davranışı için önemli olan feromon tepkilerine bakabilir,” dedi ve potansiyel olarak enfeksiyonun sosyal etkileşimlerdekiler de dahil olmak üzere davranış değişikliklerine yol açan sinir sistemini nasıl etkilediğini açıkladı.
Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü’nde profesör olan Yun Zhang, “Aşırı çevre koşullarının tüm hayvanlar üzerinde çok güçlü bir etkisi var” dedi. Ancak bu davranış, basit meyve sineklerinden primatlara kadar hayvanlarda görülse de, araştırmacılar, bireysel bir hayvanın beyninde, sosyal davranışta enfeksiyon kaynaklı değişikliklere yol açan ne olduğunu anlamadılar.
Nature’da yayınlanan yeni makalelerinde Zhang ve meslektaşları küçük yuvarlak solucanı incelediler. C elegans, Doğada iki cinsiyeti olan canlılar: Hem yumurta hem de sperm üreten hermafroditler ve erkekler. Normal koşullar altında, hermafroditler yalnızdır ve erkeklerle çiftleşmektense kendi kendine üremeyi tercih ederler. Bununla birlikte, Zhang’ın ekibi, hermafrodit solucanların, bakterinin patojenik bir türü tarafından enfekte olduğunu buldu. Pseudomonas aeruginosa birbirleriyle daha fazla ilgilenmeye başladılar ve erkeklerle çiftleşmeleri arttı.
Zhang, “Genel olarak, kendi kendine üreme ile karşılaştırıldığında, erkeklerle çiftleşmenin rekombinasyon yoluyla yeni genomlar üretme olasılığı daha yüksektir” diye ekledi. “Bu nedenle, çiftleşmede patojen kaynaklı artış, konakçı hayvanların adaptasyonu için genetik çeşitlilik üretme yeteneğini güçlendiriyor.”
Çiftleşme davranışındaki bu değişikliği yönlendiren nedir? Diğer solucanların yanıt verdiği bireysel solucanlar tarafından yayılan küçük kimyasallar olan feromonların bir karışımı önemli bir rol oynar.
Zhang laboratuvarında doktora sonrası bilim insanı ve makalenin ortak yazarı olan Tailhong Wu, “Bu feromonlar genellikle hermafroditlerin birbirini itmesine neden olan ipuçlarını dağıtıyor” dedi. Ancak enfekte hermafroditler, feromonlar tarafından daha az itilir. Bazen onlardan bile etkilenirler.
Spesifik olarak, araştırmacılar solucandaki bir çift kimyasal algılayıcı nöronun enfeksiyondan sonra feromonlara yanıt vermeye başladığını ve bu nöronların solucanların davranışlarını değiştirmesi için gerekli olduğunu buldular.
Daha sonra araştırmacılar, enfeksiyon sonrası nasıl farklı olduklarını inceleyerek nöron çiftinden mesajcı RNA’yı izole ettiler. Feromon reseptörü STR-44’ün enfekte solucanlarda önemli ölçüde yukarı regüle edildiğini keşfettiler. STR-44 reseptörü, bir G-protein bağlı reseptördür (GPCR) ve ekspresyonu, nöron çiftinin feromon karışımına yanıt vermesini sağlar. Ekip daha önce solucanlarda tanımlanan diğer birçok feromon reseptörünü test etti, ancak hiçbiri patojen kaynaklı sosyal davranış değişikliğini etkilemedi, bu da STR-44’ün bu süreçteki özel rolünü öne sürüyor.
Zhang laboratuvarında başka bir doktora sonrası bilim insanı ve makalenin ortak yazarı olan Minghai Ge, “Normalde, STR-44 feromon reseptörünün ifadesi solucanlarda çok düşüktür” dedi. “Ancak bakteriyel patojene maruz kalma, bu reseptörün ifadesini güçlü bir şekilde indükler.” Daha büyük miktarda STR-44 feromon reseptörünün varlığı, hermafrodit solucanların itilmesini bastırdı ve erkeklerle çiftleşme oranlarını artırdı.
Solucanların ötesine bakan Zhang, kimyasallar için birçok farklı GPCR’nin birkaç hayvanın genomlarında kodlandığına dikkat çekti. Kokular, tatlar ve feromonlar gibi çevresel ipuçlarını değerlendirmek için kullanılırlar. Feromon reseptörlerinin düzenlenmesi, hayvanların bir patojen stresi varlığında sosyal davranışlarını değiştirmek için ortak bir strateji olabileceğini söyledi.
“Hayvanların kimyasalları algılayabilen birçok GPCR’si var. Zhang, “Bazılarının normal olarak kullanılmaması mümkündür” dedi. “Sanki genellikle bankada saklanıyorlar, sadece enfeksiyon gibi stresli koşullar altında kullanılıyorlar.”
Ekip, araştırmanın daha karmaşık hayvanlarda patojenlere ve parazitlere tepki olarak davranış değişikliğini incelemek için bir yol sağladığını düşünüyor. Zhang, “Bu basit model hayvan, sosyal davranış plastisitesinin nöronal ve moleküler temelini belirlememiz için bize deneysel güçler verdi” dedi.
Zhang laboratuvarından olmayan önceki çalışmalar, patojenlerin diğer omurgasız ve omurgalı hayvanların çiftleşme davranışları üzerindeki etkilerini zaten belirlemiştir. “Belki diğer araştırmacılar, bu hayvanlarda çiftleşme davranışı için önemli olan feromon tepkilerine bakabilir,” dedi ve potansiyel olarak enfeksiyonun sosyal etkileşimlerdekiler de dahil olmak üzere davranış değişikliklerine yol açan sinir sistemini nasıl etkilediğini açıkladı.