زنبورها چگونه ویروس‌ها را اهلی کرده‌اند؟

اگر تخمدان گونه‌ای زنبور بی‌عسل به نام مایکروپلایتیس دمالیتور (Microplitis demolitor) را سوراخ کنید، ویروس‌های زیادی از آن بیرون می‌زنند و مانند خمیردندان آبی رنگین کمانی می‌درخشند. این زنبور انگلی تخم‌های خود را درون کرم پیله‌ساز می‌گذارد و ذرات موجود در تخمدان‌های آن‌ها ویروس‌های اهلی‌شده‌ای هستند که به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که بی‌ضرر در بدن زنبورها بمانند و اهداف آن‌ها را برآورده سازند.

ذرات ویروس ازطریق نیش زنبور به همراه تخم‌های خود زنبور به کرم پیله‌ساز وارد می‌شود. سپس ویروس‌ها محتویات خود را به سلول‌های کرم پیله‌ساز تخلیه می‌کنند و ژن‌هایی را تحویل می‌دهند که با ژن‌های ویروس‌های عادی فرق دارند. این ژن‌ها سیستم ایمنی کرم پیله‌ساز را سرکوب می‌کنند و رشد آن را کنترل می‌کنند و آن را به محل پرورش بی‌خطری برای نوزادان زنبورها تبدیل می‌کنند.

دنیای حشرات پر از گونه‌های زنبورهای انگلی است که دوران نوزادی خود را با خوردن حشرات زنده دیگر می‌گذرانند. به دلایلی که دانشمندان به‌خوبی درک نمی‌کنند، زنبورها بارها ویروس‌های مسبب بیماری را رام کرده و آن‌ها را به سلاح‌های زیستی تبدیل کرده‌اند. درحال‌حاضر نمونه‌های متعددی از این مورد شرح داده شده است و پژوهش‌های جدید به نمونه‌های بیشتری نیز اشاره کرده‌اند. امروزه پژوهشگران با مطالعه ویروس‌ها در مراحل مختلف اهلی‌سازی، درحال کشف مکانیسم این فرایند هستند.

نمونه بارز از ویروس اهلی‌شده توسط زنبورهای بی‌عسل شامل گروهی به نام براکو ویروس‌ها می‌شود که تصور می‌شود از ویروسی مشتق شده باشد که زنبور بی‌عسل یا میزبان آن یعنی کرم پیله‌ساز را در حدود صد میلیون سال پیش آلوده کرد. آن ویروس باستانی DNA خود را وارد ژنوم زنبور بی‌عسل کرد. از آن زمان، این دی‌ان‌ای به بخشی از ژنوم زنبور تبدیل شد و به نسل‌های بعد منتقل شد.

با گذشت زمان، زنبورها به گونه‌های جدیدی تنوع پیدا کردند و ویروس‌ها نیز همگام با آن‌ها تنوع حاصل کردند. براکوویروس‌ها در حدود ۵۰ هزار گونه زنبور بی‌عسل ازجمله ام دمالیتور یافت می‌شوند. سایر ویروس‌های اهلی‌شده از ویروس‌های وحشی مختلفی منشا گرفته‌اند که در زمان‌های مختلف وارد ژنوم زنبورها شده‌اند.

با تکامل ترکیب زنبور-ویروس، ژنوم ویروس در دی‌ان‌ای زنبور پراکنده می‌شود. برخی از ژن‌ها از بین می‌روند، اما مجموعه خاصی از آن‌ها باقی می‌مانند که برای ساخت ذرات عفونی ویروس اولیه ضروری هستند. این قطعات در مکان‌های مختلفی در ژنوم زنبور قرار دارند اما همچنان می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. مایکل استرند، حشره‌شناس دانشگاه جورجیا می‌گوید: «آن‌ها همچنان محصولاتی را می‌سازند که برای ساخت ذرات ویروس با هم همکاری می‌کنند. اما به‌جای اینکه مانند ویروس وحشی دارای ژنوم ویروسی کامل باشد، ذرات ویروسی اهلی‌شده به‌عنوان وسیله‌ی تحویل برای سلاح‌های زنبور عمل می‌کنند.»

سلاح‌هایی که زنبورها از آن بهره‌ می‌برند، بسیار متفاوت هستند. برخی از آن‌ها پروتئین هستند، درحالی‌که برخی دیگر ژن‌ها رو قطعات کوچک دی‌ان‌ای هستند. بیشتر آن‌ها شباهت کمی با آنچه دارند که در زنبورها یا ویروس‌ها دیده می‌شود، بنابراین مشخص نیست از کجا منشا گرفته‌اند. آن‌ها همچنین به‌طور دائم درحال تغییر هستند و در رقابت‌های تسلیحاتی تکاملی با دفاع کرم‌های پیله‌ساز یا میزان‌های دیگر قرار دارند.

در بسیاری از موارد، پژوهشگران هنوز نتوانسته‌اند کشف کنند که ژن‌ها و پروتئین‌ها درون میزبان زنبورها چه کاری انجام می‌دهند یا موفق نشده‌اند ثابت کنند آن‌ها به‌عنوان سلاح عمل می‌کنند. اما آن‌ها برخی از جزئیات را کشف کرده‌اند. برای مثال، زنبورهای M. demolitor  از براکوویروس‌ها برای تحویل ژنی به نام glc1.8 به سلول‌های ایمنی لارو شب‌پره استفاده می‌کند که موجب می‌شود سلول‌های ایمنی آلوده مخاطی را تولید کنند که از چسبیدن آن‌ها به تخم‌های زنبورها جلوگیری می‌کنند. ژن‌های دیگر در براکوویروس‌های زنبورهای M. demolitor سلول‌های ایمنی را وادار می‌کنند خود را از بین ببرند، درحالی‌که برخی دیگر مانع از این می‌شوند که لاروها انگل‌ را در غلاف‌های ملانین خفه کنند.

رام کردن ویروس‌ها احتمالا کاری خطرناک است. هرچه باشد، خویشاوندان وحشی ویروس‌های اهلی می‌توانند کشنده باشند و سلول‌ها را وادار به تولید ذرات ویروسی و سپس انفجار آن‌ها و آزاد کردن محتویاتشان کنند. برخی از آنها موجب حل شدن بدن حشرات و تبدیل آن‌ها به شیره‌ای چسبناک می‌شوند. درواقع، حتی در شرایط اهلی‌شده، گاهی اوقات سلول‌های تخصصی درون تخمدان زنبورها باید بترکند تا ذرات ویروسی آزاد می‌شوند. زنبور باید راهی برای کنترل آن ویروس پیدا کند تا خود زنبور را آلوده نکند و از بین نبرد.

زنبورها چگونه تکامل پیدا کرده‌اند تا بتوانند زنبورها را اهلی کنند؟ مهم‌تر اینکه آن‌ها ویروس‌ها را خنثی کرده‌اند. ذرات ویروس نمی‌توانند تکثیر شوند، زیرا حاوی ژن‌هایی نیستند که برای ساخت ذرات ویروسی جدید حیاتی هستند. آن‌ها در ژنوم زنبور باقی می‌مانند.

زنبورها همچنین مکان و زمان تولید ذرات ویروس اهلی‌شده را کنترل می‌کنند. علت این امر احتمالا کاهش خطر سرکشی ویروس است. ذرات براکوویروس فقط در یک بخشی از دستگاه تناسلی ماده و فقط برای مدت زمان محدودی ساخته می‌شوند و ژن‌های کلیدی ویروس به کلی از بین رفته‌اند به‌طوری‌که ویروس‌های اهلی‌شده نمی‌توانند، دی‌ان‌ای خود را تکثیر کنند. این از دست دادن حتی در ویروس‌هایی که اخیرا اهلی شده‌اند نیز دیده می‌شود و نشان می‌دهد این مرحله بسیار مهم است.

هر ژنی که برای زنبور مفید نباشد، به‌تدریج جهش‌ها را در خود جمع می‌کند. در براکوویروس‌ها، زمان بسیار زیادی سپری شده است، به‌طوری‌که ژن‌های استفاده‌نشده قابل‌تشخیص هستند. در ویروس‌هایی که اخیرا اهلی شده‌اند، بقایا هنوز قابل تشخیص هستند.

داشتن ژنوم پر از ویروس‌های مرده عجیب نیست. ویروس‌ها همیشه به ژنوم حیوانات می‌پرند. حتی دی‌ان‌ای ما نیز پر از بقایای ویروس‌ها است. اما تنها زنبورهای انگلی به داشتن این قابلیت شناخته شده‌اند که مجموعه کاملی از ژن‌ها را حفظ کنند که برای ساخت ذرات ویروسی با هم کار می‌کنند.

مانند سایر زنبورهای رام‌کننده ویروس‌ها، زنبور D.longicaudata ذرات ویروس را به میزبان خود تزریق می‌کند که در این مورد لارو مگس میوه است. کافمن و برک به همراه تیلور هارل نشان داده‌اند که بدون پاکس ویروس‌ها، بیشتر لاروهای زنبورها می‌میرند. اما برخلاف ویروس‌های کاملا اهلی‌شده، این پاکس‌ویروس خارج از زنبور نیز تکثیر می‌شود و ذرات ویروسی جدیدی را در سلول‌های لارو تولید می‌کند. زنبور از پاکس‌ویروس بهره می‌برد، اما به‌طور کامل آن را کنترل نمی‌کند.

کلسی کافمن، حشره‌شناسی از دانشگاه تنسی می‌گوید این کنترل ضعیف می‌تواند نشانگر نوع ویروسی باشد که زنبورها کار خود را با آن شروع کرده‌اند. بیشتر ویروس‌های اهلی‌شده از انواعی از ویروس‌ها به نام نودی‌ویروس‌ها منشا گرفته‌اند که راحت‌تر از پاکس‌ویروس‌ها می‌توانند در ژنوم زنبور ادغام شوند. اما این امکان نیز وجود دارد که زنبورها هنوز زمان کافی نداشته‌اند. درواقع، مشارکت بین زنبور و پاکس‌ویروس به اندازه‌ای جدید است که به‌نظر می‌رسد تنها در یک گونه زنبور وجود داشته باشد.

ویروس فقط در برخی از بافت‌ها یافت می‌شود و فقط زمانی تکثیر می‌شود که تخم‌ها درحال رشد هستند که می‌تواند به این معنا باشد که زنبور از قبل دفاع‌هایی برای خود ایجاد کرده است. همچنین به‌نظر می‌رسد ویروس‌ها درحال از دست دادن توانایی انتقال خود بدون کمک زنبور هستند. کافمن سعی کرده است مگس‌ها را با ویروس‌های زیادی تغذیه کند و به‌نظر نمی‌رسید آن‌ها از این راه آلوده شوند.

کافمن سیستم پاکس ویروس را هیجان‌انگیز می‌خواند، زیرا اطلاعات کمی درمورد این موضوع وجود دارد که فرایند اهلی شدن ویروس‌ها چگونه آغاز می‌شود. نمی‌توانیم به گذشته برگردیم و ببینیم این فرایند چگونه شروع می‌شود. اما سیستم جدید می‌تواند بینشی درمورد آغاز این فرایند در اختیار ما قرار دهد. اگرچه کسی با اطمینان نمی‌داند چرا اهلی کردن ویروس‌ها توسط زنبورهای انگلی همچنان تداوم دارد، پژوهشگران حدس می‌زنند این امر به سبک زندگی آن‌ها ارتباط دارد.

انگل‌های داخلی درون میزبان‌های خود زندگی می‌کنند که محیط های خطرناکی هستند که فعالانه سعی در کشتن آن‌ها دارند. از دیدگاه زنبور، ویروس‌ها مانند بسته‌های پر از ابزارهایی برای حل این فاجعه‌بارترین مشکل هستند.

پژوهشی که سال ۲۰۲۳ منتشر شد، از این ایده حمایت می‌کند. این پژوهش ژنوم بیش از ۱۲۰ گونه زنبور بی‌عسل، مورچه و زنبورعسل را بررسی کرد. پژوهشگران این ژنوم‌ها را به دنبال نشانه‌هایی از انواع ویروس‌هایی که مستعد اهلی‌شدن‌ هستند بررسی کردند. آن‌ها حضور ویروس‌های اهلی‌شده را از روی شناسایی ژن‌های ویروسی نتیجه‌گیری کردند که در طول زمان تکاملی در حالت عملکردی حفظ شده‌اند. چنین حفظ شدنی در صورتی مورد انتظار است که ژن‌ها به زنده ماندن یا تولیدمثل زنبورها کمک کنند.

مطابق انتظار، حشرات غیرانگلی شواهد اندکی از داشتن این ویروس‌های اهلی‌شده را نشان می‌دادند. همین امر درمورد انگل‌هایی که در خارج از بدن میزبان‌های خود رشد می‌کنند که در آن سیستم ایمنی میزبان نمی‌تواند به آن‌ها حمله کند، صادق بود. اما در انگل‌هایی که درون سایر حشرات رشد می‌کنند، به‌نظر می‌رسد ویروس‌های اهلی‌شده بسیار رایج‌تر باشند.

جولین وارالدی زیست‌شناس دانشگاه کلود برنارد لیون ۱ فرانسه و یکی از نویسندگان مطالعه می‌گوید ارتباط خاصی بین ویروس‌ها و این انگل‌های درونی وجود دارد. این امر نشان می‌دهد ویروس‌ها نقش مهمی در تکامل این سبک از زندگی دارند. با وجود صدها هزار گونه زنبور و سویه‌های بی‌شماری از ویروس‌ها، احتمال زیادی وجود دارد که این دو موجود بتوانند با هم متحد شوند. در این شرایط، فرصت‌های فراوانی برای تکامل وجود دارد.