У человека и пчелы есть общие гены, влияющие на социальность

Общительность и социальность связаны с множеством факторов, в том числе генетических. Исследователи из США провели полногеномный поиск ассоциаций, чтобы выявить, чем обусловлены индивидуальные различия в общительности медоносных пчел. Они обнаружили 18 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), связанных с активностью трофаллаксиса — обмена жидкой пищей между особями, важного для социальных связей между пчелами. Часть этих SNP находилась в генах нейролигина-2 (nlg2) и субъединицы NMDA-рецептора, которые ассоциированы с расстройствами аутистического спектра у человека. По-видимому, молекулярные основы социальности крайне консервативны, раз имеют общие черты у настолько разных видов, как человек и пчела.

Социальным видам присуща изменчивость в степени общительности: одни особи активно взаимодействуют в сообществе, другие предпочитают меньше социальных взаимодействий. Эта изменчивость обусловлена многими факторами, в том числе генетическими, однако точные молекулярные механизмы, влияющие на общительность, пока не установлены. Ученые из США пришли к выводу, что эти механизмы могут быть весьма консервативны — они обнаружили, что некоторые генетические варианты, влияющие на социальное поведение медоносной пчелы, находятся в генах, ассоциированных с расстройствами аутистического спектра (РАС) у человека.

Исследователи анализировали генетические вариации у пчел, влияющие на их участие в трофаллаксисе — обмене жидкой пищей, который играет ключевую роль в поддержании социальных связей в пчелиной колонии за счет передачи питательных веществ и сигнальных молекул. Они выбрали трофаллаксис как модель социального взаимодействия и сосредоточились на выявлении его генетических и молекулярных основ. Основная цель заключалась в том, заключалась в том, чтобы понять, как генетические вариации влияют на готовность пчел к участию в социальных контактах, а также оценить консервативность этих молекулярных механизмов, сопоставляя различные другие виды.

Чтобы изучить механизмы, лежащие в основе социального поведения, исследователи разработали методику, позволяющую детально анализировать действия тысяч пчел. Они использовали автоматизированное отслеживание насекомых с уникальными штрихкодами в специальных ульях для наблюдения. Это позволило точно измерять частоту трофаллаксиса между особями и другие параметры их движения на протяжении длительного времени. Также ученые провели полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) по данным секвенирования ДНК 357 пчел, чтобы выявить генетические варианты, связанные с уровнем их социальной активности.

Авторы выявили 18 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), значимо связанных с частотой трофаллаксиса. Одиннадцать из них находились в интронах, один — в гене предполагаемой некодирующей РНК, а остальные шесть вне генов. Интересно, что ни один из этих SNP не был ассоциирован с общей двигательной активностью или скоростью поворотов, что подчеркивает их специфичность именно для социального поведения.

Среди 11 интронных SNP особое внимание ученых привлекли те, что были расположены в генах, точные ортологи которых у человека и некоторых других видов ранее связывали с социальными характеристиками. Это гены, кодирующие нейролигин 2 (nlg2) и субъединицу 2 глутаматного NMDA рецептора (nmdar2). Согласно базе данных Инициативы Фонда Саймонса по исследованию аутизма (SFARI), вариации в генах nlg2 и nmdar2 с высокой достоверностью связаны с развитием РАС. Еще один SNP, связанный с частотой трофаллаксиса, был найден в гене ядерного фактора 1 Х-типа (Nf1). Его ортолог у человека классифицируется как ген «синдромного аутизма», то есть его дисфункция связана с развитием аутистических черт, которые обычно не включаются в стандартный диагноз.

Далее ученые провели транскриптомный анализ мозга пчел, в первую очередь грибовидных тел — структур, ответственных за интеграцию сенсорной информации и принятие решений. Образцы были взяты у 176 пчел, отобранных по различным поведенческим ролям: фуражиры, няньки, охранники и «социально неотзывчивые» особи. Уровень экспрессии nlg2 положительно коррелировал с частотой трофаллаксиса и социальной отзывчивостью. В одной из колоний, где пчелы демонстрировали наименьшую социальность (R41), наблюдалась самая низкая экспрессия nlg2, а большинство выявленных в работе SNP были представлены альтернативными аллелями в гомозиготе. При этом сниженную социальность пчел нельзя было объяснить, скажем, замедленной двигательной активностью.

Кроме того, у пчел из колонии R41 была снижена моторная синхронность: их движения меньше влияли на действия сородичей и в меньшей степени зависели от них. Этот феномен напоминает нарушения социальных взаимодействий, наблюдаемые у людей с РАС. С помощью флуоресцентной гибридизации in situ (HCR-FISH) ученые определили, что nlg2 преимущественно экспрессируется в клетках Кеньона грибовидных тел и в дорсальных популяциях клеток нейросекреторного центра (pars intercerebralis) — области, важной для пищевой сигнализации. Экспрессия nlg2 менялась с возрастом, достигая пика у однодневных и двухнедельных особей, что совпадало с их поведенческим созреванием.

Авторы рассуждают, что связь nlg2, участвующего в формировании ингибиторных синапсов, с социальным поведением, может свидетельствовать о важности ингибиторных нейромедиаторов, таких как ГАМК, в регуляции социальности — как у пчел, так и у позвоночных.

Интересно, что «неотзывчивые» пчелы, проявлявшие минимальный интерес к социальным стимулам, имели сходные транскриптомные профили с «пчелами-солдатами» — агрессивными защитниками колонии. Это наводит на мысль, что неотзывчивые в социальных интеракциях особи могут быть «гиперотзывчивыми» в контексте защиты улья.

Эти результаты указывают на высокий уровень эволюционной консервативности — молекулярные механизмы, обуславливающие социальное поведение, схожи у медоносных пчел и позвоночных животных, несмотря на сотни миллионов лет независимой эволюции. Обнаружение общих генетических факторов, влияющих на социальность у столь разных видов, открывает новые возможности для изучения эволюционных параллелей в социальном поведении и их связи с генетическими факторами. Понимание генетических основ социальной изменчивости имеет и прикладное значение: оно может помочь решить такие глобальные проблемы, как снижение численности пчелиных колоний.

Дефицит MDGA2 у мышей приводит к появлению симптомов расстройства аутистического спектра