Het manipuleren van de activiteit van genen die in het gezichtsvermogen worden gebruikt, veroorzaakt ‘boomtopziekte’
Rupsen van de katoenbolwormmot (Helicoverpa armigera) zwaaien naar de hemel wanneer ze zijn geïnfecteerd met een gen-manipulerend virus dat de aantrekkingskracht van de insecten op zonlicht verhoogt.
Hoger en hoger klimt de rups van de katoenbolwormmot, zijn kleine lichaam onophoudelijk blad na blad afschilferend. Als hij de top van een plant bereikt, sterft hij, waardoor de verspreiding van het virus dat het insect daarheen heeft gestuurd, wordt vergemakkelijkt.
Eén virus achter deze dodelijke beklimming manipuleert genen die verband houden met het zicht van rupsen. Als gevolg hiervan worden de insecten meer aangetrokken door zonlicht dan normaal, melden onderzoekers online op 8 maart in Moleculaire ecologie.
Het virus dat betrokken is bij deze rupsovername is een type baculovirus. Deze virussen evolueren mogelijk al 200 miljoen tot 300 miljoen jaar met hun insectengastheren, zegt Xiaoxia Liu, een entomoloog aan de China Agricultural University in Peking. Baculovirussen kunnen meer dan 800 insectensoorten infecteren, vooral de rupsen van motten en vlinders. Eenmaal besmet, vertonen de gastheren “boomtopziekte”, gedwongen om te klimmen voordat ze sterven en hun verhoogde, geïnfecteerde kadavers achterlaten voor aaseters om van te smullen.
De slimme truc van deze virussen is al meer dan een eeuw bekend, zegt Liu. Maar hoe ze rupsen veranderen in zombies die gedoemd zijn om hun eigen dood tegemoet te gaan, werd niet begrepen.
Eerder onderzoek suggereerde dat geïnfecteerde rupsen grotere “fototaxis” vertonen, wat betekent dat ze meer worden aangetrokken door licht dan niet-geïnfecteerde insecten. Liu en haar team bevestigden dit effect in het laboratorium met rupsen van katoenbolwormmotten (Helicoverpa armigera) besmet met een baculovirus genaamd HearNPV.
De onderzoekers vergeleken de posities van geïnfecteerde en niet-geïnfecteerde rupsen in glazen buizen rond een klimgaas onder een led-lamp. Niet-geïnfecteerde rupsen dwaalden op en neer door het gaas, maar keerden terug naar de bodem voordat ze gingen verpoppen. Dat gedrag is logisch, want in het wild ontwikkelt deze soort zich ondergronds tot volwassenen. Maar geïnfecteerde hosts zouden dood eindigen bovenaan de mesh. Hoe hoger de lichtbron, hoe hoger de geïnfecteerde gastheren klommen.
Het team ging naar het horizontale vlak om te bevestigen dat de gastheren reageerden op licht in plaats van op zwaartekracht, en plaatste rupsen in een zeshoekige doos met een van de zijpanelen verlicht. Op de tweede dag na infectie kropen gastheerrupsen ongeveer vier keer zo vaak naar het licht als de niet-geïnfecteerde.
Toen de onderzoekers de ogen van geïnfecteerde rupsen operatief verwijderden en de insecten in de doos stopten, werden de verblinde insecten een kwart zo vaak door het licht aangetrokken als ongewijzigde geïnfecteerde gastheren. Dat suggereerde dat het virus de visie van een rups tegen zichzelf gebruikte.
Het team vergeleek vervolgens hoe actief bepaalde genen waren in verschillende lichaamsdelen van rupsen in geïnfecteerde en niet-geïnfecteerde larven. Meestal gedetecteerd in de ogen, waren twee genen voor opsins, de lichtgevoelige eiwitten die fundamenteel zijn voor het gezichtsvermogen, actiever na een infectie met het virus, en zo werd een ander gen geassocieerd met het gezichtsvermogen genoemd TRPL. Het codeert voor een kanaal in celmembranen dat betrokken is bij de omzetting van licht in elektrische signalen.
Toen het team de tool voor het bewerken van genen CRISPR/Cas9 gebruikte om de opsin-genen uit te schakelen en TRPL bij geïnfecteerde rupsen werd het aantal gastheren dat door het licht in de doos werd aangetrokken, ongeveer gehalveerd. Hun lengte bij overlijden op het gaas was ook verminderd.
Baculovirussen lijken in staat om de genetische architectuur van rupsenvisie te beheersen, waarbij ze gebruikmaken van een oud belang van licht voor insecten, zegt Liu.
Licht kan cruciale biologische processen bij insecten aansturen, van het sturen van hun ontwikkelingstiming tot het instellen van hun migratieroutes.
Van deze virussen was al bekend dat ze op andere manieren meester-manipulators waren, waarbij ze het reukvermogen, de vervellingspatronen en de geprogrammeerde celdood van hun gastheren aanpasten, zegt Lorena Passarelli, een viroloog aan de Kansas State University in Manhattan, die niet betrokken was bij het onderzoek. . Het nieuwe onderzoek toont aan dat de virussen “nog een ander fysiologisch gastheerproces manipuleren: visuele waarneming.”
Er valt nog veel te leren over deze visuele kaping, zegt Passarelli. Het is bijvoorbeeld onbekend welke van de genen van het virus verantwoordelijk zijn voor het veranderen van rupsen in zonlichtjagende zombies in de eerste plaats.
