Томские генетики изучают эволюцию малярийных комаров, чтобы прогнозировать эпидемии

Для многих стран такое заболевание как малярия – тема давно забытая. Однако по статистике ВОЗ, ежегодно это заболевание уносит более 500 тыс. жизней и чаще всего от него погибают дети. 

Ученый Политехнического университета Вирджинии и Биологического института ТГУ Игорь Шарахов рассказал газете Томского государственного университета Alma Mater о том, как в Сибири появились малярийные комары, за счет чего они научились выживать в суровых условиях и насколько возможно возвращение малярии в Россию и как глобальная трансформация климата влияет на все эти процессы.

Как малярийный комар попал в Россию и зачем это изучают

По словам ученого эволюция малярийных комаров имеет очень важное практическое значение. Если выяснить откуда произошли комары, то получится понять изменения в геномах и как они приспосабливались к новым условиям. Кроме того, можно будет определять происхождение способности комаров переносить возбудителей опасных инфекций и адаптироваться к новым патогенам.

Как рассказал Шарахов, они изучили наборы генов 13 видов малярийных комаров, из них 11 палеарктических (евразийских) и два неарктических из Северной Америки. Также был секвенирован набор генов самого северного вида малярийных комаров – Anopheles beklemishevi, открытого и описанного в Томске в 1976 году профессором ТГУ Владимиром Стегнием, которого назвали в честь русского биолога Владимира Беклемишева.

В результате ученые выделили 1 тыс. 271 ген, они присутствуют в одной копии у всех 13 видов, произошли от общего предка и передавались вертикально в процессе эволюции. На основе этой информации было построено эволюционное древо.

Анализ помог установить, каким путем самый северный вид малярийных комаров попал в Евразию. Раньше ученые склонялись к двум версиям:

• Первая: An. beklemishevi «пришел» через Гренландию, когда десятки миллионов лет назад она была связана с Америкой и Европой.
• Вторая: миллионы лет назад был другой путь, который связывал Америку с Азией, Берингов мост или, как его еще называют, Берингов перешеек. В настоящее время это Берингов пролив, но несколько раз в истории планеты он превращался в участок суши, соединявший Чукотку с Аляской. По нему мигрировали теплокровные животные, а вместе с ними могли попасть и кровососущие насекомые.

Аnopheles beklemishevi является предком всех евразийских видов комаров. Ученые подтвердили эту гипотезу с помощью эволюционных древ, построенных на основе хромосомных перестроек. Сейчас они предполагают, что именно An. beklemishevi или его предок мигрировал из Америки в Евразию. Уже потом возникли Аnopheles sacharovi (злостный переносчик малярии), Аnopheles martinius и другие южные виды. Потом в Европе появились сестринские виды – Аnopheles atroparus и Аnopheles labranchiae. Самыми молодыми оказались Anopheles maculipennis, Anopheles messeae и Anopheles daciae.

Два последних – очень широко распространенные в Евразии виды, благодаря изменчивости хромосом они легко адаптируются к разным условиям и осваивают новые территории.

Ученые считают, что An. beklemishevi и остальные евразийские виды разделились примерно 20 миллионов лет назад.

Как малярийный комар адаптируется в Сибири

Ученые считают, что массовые оледенения «отодвинули» малярийных комаров на другие территории, например, в Европу, где они смогли распространиться и закрепиться.

Однако, чтобы обосноваться в зонах с суровым климатом, например, на территории современной Сибири, малярийным комарам пришлось «включать» сложные адаптационные механизмы.

К ним относится полная диапауза - это приобретенная способность впадать в зимнюю спячку. Перед зимой оплодотворенные самки в последний раз напиваются крови, но не расходуют ее на развитие яиц, а перерабатывают в жир. Все самцы при этом погибают. Весной после пробуждения самки летят, питаются кровью и откладывают яйца, впоследствии происходит появление особей обоего пола.

У комаров встречается и неполная диапауза, однако она характерна для южных и европейских видов.

Шарахов добавил, что у малярийных комаров, обитающих в Сибири, связь между хромосомными перестройками и способностями к адаптации на геномном уровне исследуется впервые.

Малярия – болезнь непобежденная

Известно, что массовые заболевания малярией в России и в СССР прекратились к середине 1950-х годов после масштабных мер по борьбе с болезнью и малярийными комарами. Они включали распространение антималярийных препаратов, осушение водоемов, применение инсектицидов (ДДТ) и пропаганду гигиенических мер.

Однако несмотря на это, виды малярийных комаров, способных переносить заболевание, до сих пор обитают в России и ближнем зарубежье. Поэтому возвращение малярии возможно, если появится значительное количество заболевших людей, способных передать малярийного плазмодия самкам комаров во время кровососания.

«Комары, в свою очередь, обеспечивают развитие и размножение плазмодия в течение двух-трех недель. Здоровый человек заражается в момент впрыскивания самкой малярийного комара размноженного плазмодия на стадии спорозоитов в кровь, которое происходит при следующем кровососании», - рассказал ученый.

Для тропических стран малярия является эндемической болезнью и там по-прежнему высок уровень заболеваемости и смертности. Однако и для Росси сохраняется возможность завоза малярийных паразитов и малярийных туристами, мигрантами, через товарные поставки и другие каналы. Если человек, страдающий малярией, будет укушен малярийным комаром в России, есть риск, что этот комар заразит других людей. В нашей стране встречаются завозные случаи малярии чаще всего из Африки, а также из Индии, Таиланда, Латинской Америки и стран Ближнего Востока – регистрируется 80-120 случаев малярии в год. Вероятность вспышки массового заболевания невысока, так как для заражения малярией необходимо наличие большого количества малярийных комаров и инфицированных людей в непосредственной близости.

При этом малярийные комары рода Anopheles в Сибири распространяют дирофиляриоз – опасное для человека паразитарное заболевание, вызываемое нематодами рода Dirofilaria. Кроме малярийных комаров, в Сибири обитают комары родов Aedes и Culex. Представители рода Aedes переносят лихорадку Денге, которая считается главным вирусным заболеванием 21-го века из-за ее необычайно быстрого распространения по всему миру.

Вспышки эпидемий новых инфекций могут возникать внезапно. Ярким примером способности комаров создавать все новые угрозы для здоровья человека является стремительное распространение в 2015 году в Бразилии лихорадки Зика, переносимой инвазивным видом Aedes aegypti. Лихорадки Денге, Чикунгунья и Зика угрожают половине населения земного шара, в том числе населению, живущему в южных регионах Европы. Если тропические вирусные лихорадки вряд ли появятся в Сибири, то лихорадка Западного Нила, переносимая комарами Culex, в настоящее время рассматривается как новое природно-очаговое заболевание в России. Вирус быстро распространяется из европейской в азиатскую часть России, включая Сибирь.

Глобальное изменение климата способствует распространению малярии

Шарахов отметил, что малярия действительно зависит от климата, и потепление может увеличить распространение малярии и других заболеваний, распространяемых комарами.

«Комары, которые передают малярию, в основном живут в тропических и субтропических регионах, где температура и влажность высоки. Глобальное потепление может изменить климатические условия в регионах с умеренным климатом и создать более благоприятные условия для комаров, что, в свою очередь, повышает вероятность распространения малярии и других инфекций», - рассказал ученый.

По его словам, некоторые исследования показывают, что изменение климата уже влияет на распространение малярии. Например, увеличение температуры и влажности может увеличить скорость размножения комаров, ускорить их жизненный цикл и увеличить их количество, что может привести к увеличению числа случаев малярии. В то же время, сухие или холодные периоды, вызванные изменением климата, могут уменьшить скорость размножения, количество местообитаний комаров и снизить риск передачи малярии.

Кроме того, глобальная трансформация климата может также изменить области распространения малярии. В некоторых регионах, где малярия ранее не была эндемичной, изменение климата может создать условия для ее появления.

Как обезопасить себя при поездках в тропические страны

«Недавно стали появляться прививки, которые разрабатывались для конкретных видов малярии. Существуют прививки от некоторых вирусных заболеваний, переносимых комарами, например, желтой лихорадки. Однако не существует эффективной вакцины от лихорадки Денге или Чикунгунья. До сих пор приходится полагаться на традиционные меры профилактики малярии и других заболеваний, переносимых комарами», - рассказал Шарахов.

Он добавил, что следует пользоваться репеллентами, которые предотвращают укусы комаров, например, содержащими 20% диэтилтолуамид (DEET). Длинные рукава и брюки уменьшают вероятность укусов комаров. На окнах и дверях помещений должны быть установлены москитные сетки. Перед поездкой нужно начать принимать профилактические лекарства, которые помогают предотвратить заражение малярией, даже если укусил зараженный комар. 

В 2021 году малярией во всем мире заболело 247 миллионов человек. В том же году от малярии, по расчетам, умерло 619 тыс. человек. 95% всех случаев заболевания малярией и 96% случаев смерти от нее приходятся на Африканский регион. Примерно 80% всех случаев смерти от малярии в регионе пришлось на детей в возрасте до пяти лет. В России фиксируются только случаи завозной малярии. По данным Роспотребнадзора, в 2021 году в РФ малярия была диагностирована у 94 пациентов, 5 человек скончались.