Σε ένα πρόσφατο άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications , οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το Camponotus fellah ( μυρμήγκια ξυλουργών) ως πρότυπο είδος για την παρακολούθηση της συμπεριφοράς και τον προσδιορισμό αλληλουχίας ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA-seq) για να μελετήσουν τις διαφορές σε επίπεδο μεταξύ κοινωνικά απομονωμένων εργαζομένων έναντι εργαζομένων σε ομάδες.
Οι ερευνητές διερεύνησαν τις επιζήμιες επιπτώσεις της κοινωνικής απομόνωσης στη συμπεριφορά και τη διάρκεια ζωής των οργανισμών, ιδιαίτερα των κοινωνικών εντόμων.
Ιστορικό
Τα μυρμήγκια, οι τερμίτες και ορισμένες γενεαλογίες μελισσών και σφηκών είναι κοινωνικά έντομα και χρησιμεύουν ως κατάλληλα μοντέλα για τη μελέτη των επιπτώσεων των κοινωνικών περιβαλλόντων.
Μελέτες έχουν τεκμηριώσει αρκετές επιζήμιες συνέπειες της κοινωνικής απομόνωσης, όπως μειωμένη διάρκεια ζωής, μειωμένη ανοσία, διαταραγμένο ύπνο και μεταβολικές δυσλειτουργίες.
Για παράδειγμα, στο C. fellah, οι εργάτες που απομονώνονται από τη βασίλισσα ή τον γόνο έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής. Η κοινωνική απομόνωση επηρεάζει επίσης τη συμπεριφορά τους. Κατά συνέπεια, παρουσιάζουν αυξημένη κινητική δραστηριότητα, τάση παραμονής σε περιφερειακές περιοχές αναζήτησης τροφής και ανισορροπημένη πρόσληψη και δαπάνη ενέργειας.
Μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι οι πεπτικές διαδικασίες μεσολαβούν άμεσα στις επιπτώσεις της κοινωνικής απομόνωσης. Για παράδειγμα, οι εργάτες μυρμηγκιών Formica σε ομάδες διατηρούν τα τρόφιμα που συγκέντρωσαν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, πιθανότατα επειδή ανταλλάσσουν τροφή. Επιπλέον, μελέτες έχουν δείξει ότι η κοινωνική απομόνωση επηρεάζει την έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με τη λειτουργία του ανοσοποιητικού και την απόκριση στο στρες.
Σχετικά με τη μελέτη
Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εργαζόμενους τεσσάρων μηνών για ανάλυση RNA-seq που διακρίνεται μέσω ενός μοναδικού χρωματικού κωδικού και άτομα ηλικίας άνω των επτά μηνών για ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση αντίστροφης μεταγραφής-πολυμεράσης (qRTPCR), αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS). ) ποσοτικοποίηση, δοκιμές επιβίωσης και ανάλυση συμπεριφοράς με αντιοξειδωτικά.
Όλοι οι ανήλικοι εργαζόμενοι που χρησιμοποιήθηκαν για πειράματα μελέτης είχαν σωματικά μεγέθη μικρότερα από οκτώ χιλιοστά (mm) και προέρχονταν από αποικίες Queenright που εκτρέφονταν σε ομάδες των 10 ή μόνες τους. Ο πειραματικός σχεδιασμός έλεγχε την ηλικία, το κοινωνικό περιβάλλον και το γενετικό υπόβαθρο για να αποτρέψει τις επιπτώσεις αυτών των παραγόντων στη συμπεριφορά και τη φυσιολογία των μυρμηγκιών.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξήγαγαν ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) από κύτταρα και ιστούς μυρμηγκιών (ολόκληρο το σώμα) και αξιολόγησαν την ακεραιότητά του χρησιμοποιώντας ένα φασματοφωτόμετρο nanodrop 1000 και έναν βιοαναλυτή. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν το RNA των μυρμηγκιών για να δημιουργήσουν τις συμπληρωματικές βιβλιοθήκες δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (cDNA) κατάλληλες για προσδιορισμό αλληλουχίας μέσω μιας μηχανής Illumina HiSeq που παρήγαγε αλληλουχία ενός άκρου αναγνώσεων 100 ζευγών βάσεων (bp).
Στη συνέχεια, οι ερευνητές προχώρησαν στη δημιουργία ενός συγκροτήματος γονιδιώματος αναφοράς και σχολιασμού για το C. fellah ant spp. Εξέτασαν επίσης τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ διαφορετικών γονιδίων μυρμηγκιών, μια διαδικασία που αναφέρεται ως φυλογενετική ανάλυση. Συγκεκριμένα, ανέλυσαν το CYP clan 3, μια ομάδα γονιδίων που κωδικοποιούν τα ένζυμα του κυτοχρώματος P450.
Αποτελέσματα
Παρόμοια με τις παρατηρούμενες σχέσεις μεταξύ κοινωνικής απομόνωσης και οξειδωτικού στρες στη Drosophila και στα τρωκτικά, σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές σημείωσαν ότι η κοινωνική απομόνωση οδήγησε σε αλλαγές στην έκφραση των γονιδίων οξειδορεδουκτάσης που κωδικοποιούν τις οξειδορεδουκτάσες, ένζυμα που καταλύουν αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής. Οδήγησε στη συσσώρευση ROS, ιδιαίτερα στο λίπος και τα ηπατοκύτταρα κύτταρα του C. fellah που ονομάζονται οινοκύτταρα.
Μελέτες έχουν εμπλακεί τα οινοκύτταρα εντόμων σε διάφορες διαδικασίες που σχετίζονται με τη γήρανση, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ROS, του ενεργειακού μεταβολισμού, της βιοσύνθεσης φερομονών και της συστημικής φλεγμονής.
Περαιτέρω, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα γονίδια που εμπλέκονται στην παραγωγή και την αποτοξίνωση των ROS διέφεραν σε διαφορετικούς ιστούς μυρμηγκιών, οδηγώντας σε οξειδωτικό στρες, μια κατάσταση ανισορροπίας που προκύπτει από περισσότερη παραγωγή ROS παρά από την ικανότητα του σώματος να τα αποτοξινώσει. Σαφώς, το οξειδωτικό στρες παίζει καθοριστικό ρόλο στη γήρανση και τη γήρανση στα κοινωνικά έντομα.
Σε αυτή τη μελέτη, η κοινωνική απομόνωση δεν άλλαξε την έκφραση των γονιδίων που σχετίζονται με το ανοσοποιητικό σύστημα, αλλά τις οδούς που σχετίζονται με την τροποποιημένη δέσμευση αμινοξέων και τη δραστηριότητα μεταφορέα. Η αδυναμία των μεμονωμένων μυρμηγκιών να πραγματοποιήσουν τροφαλαξία, δηλαδή, ανταλλαγή τροφής/υγρών μέσα στα μέλη της φωλιάς και η εξασθενημένη πέψη επηρέασε τη φυσιολογία τους πέρα από την ανοσία τους.
Ενώ στα σπονδυλωτά η ορμόνη μελατονίνης ρυθμίζει τους κιρκάδιους ρυθμούς, στα ασπόνδυλα εμφανίζει αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Οι ερευνητές εξέτασαν τις επιδράσεις του συμπληρώματος μελατονίνης σε κοινωνικά απομονωμένα μυρμήγκια και διαπίστωσαν ότι αύξησε τη διάρκεια ζωής τους, αλλά δεν επηρέασε τα μυρμήγκια εντός της ομάδας. Ομοίως, το δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης (NAD), μια άλλη αντιοξειδωτική ένωση, αύξησε τη μακροζωία των κοινωνικά απομονωμένων μυρμηγκιών.
Η συμπλήρωση αντιοξειδωτικών δεν επηρέασε την ταχύτητα των μεμονωμένων μυρμηγκιών, αλλά μείωσε σημαντικά τον χρόνο που περνούσαν κοντά στον τοίχο και διέσωσε πλήρως το μοτίβο χρήσης του χώρου τους. Οι εργαζόμενοι στα μυρμήγκια που περνούσαν τον περισσότερο χρόνο κοντά στην περιφέρεια/τοίχο των περιβλημάτων τους είχαν τα υψηλότερα επίπεδα ROS, γεγονός που υποδηλώνει ότι η χρήση του χώρου είναι ένας βιοδείκτης του στρες που προκαλείται από την κοινωνική απομόνωση.
Μια άλλη ενδιαφέρουσα πτυχή αυτής της παρατήρησης ήταν ότι η θεραπεία με μελατονίνη καθάρισε τα ROS από το λίπος σώμα και τα οινοκύτταρα των μυρμηγκιών, αλλά δεν επηρέασε τα επίπεδα ROS στο κεφάλι και στο πεπτικό τους σύστημα. Προηγούμενες μελέτες είχαν κάνει παρόμοιες παρατηρήσεις σε ποντίκια, όπου η κοινωνική απομόνωση μείωσε την εξερευνητική τους συμπεριφορά.
Συνολικά, η τρέχουσα μελέτη κατέδειξε αξιοσημείωτα τις δυσμενείς επιπτώσεις της κοινωνικής απομόνωσης στη γονιδιακή έκφραση, τη συμπεριφορά και τη μακροζωία των μυρμηγκιών C. fellah . Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το αυξημένο οξειδωτικό στρες στα οινοκύτταρα και το λίπος μεσολάβησε στις ανεπιθύμητες ενέργειες που προκαλούνται από την κοινωνική απομόνωση. Τα δεδομένα της μελέτης παρέχουν πληροφορίες για το πώς οι κοινωνικές διαταραχές επηρεάζουν την υγεία και τη μακροζωία κοινωνικών οργανισμών.
