Федеральное государственное бюджетное



страница6/18
Дата04.05.2016
Размер1.6 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

1.5. Микроспоридии


Все вышерассмотренные механизмы симпатрического видообразования так или иначе зависят от давления отбора, расщепляющего генетическое единство вида. Одним из интересных и относительно малоизученных разновидностей такого отбора является взаимодействие вида с паразитами, которые потенциально могут катализировать видообразование. Одним из наиболее вероятных кандидатов на такую роль можно считать микроспоридий.

Микроспоридии - это крупный тип одноклеточных эукариотических организмов, объединяющий более 160 родов облигатных внутриклеточных паразитов. Круг хозяев этих организмов включает представителей почти всех таксонов животного мира: от простейших до млекопитающих. Среди микроспоридий описаны виды, вызывающие серьезные заболевания хозяйственно-важных беспозвоночных, рыб и теплокровных животных [34, 35, 147]. Некоторые виды этих паразитов вызывают инфекции у человека [163, 199, 408].

О заболеваемости микроспоридиозом, о резервуарах и источниках инфекции известно мало. Установлено, что патогенные для человека микроспоридии паразитируют и у животных, в том числе домашних, однако не ясно, может ли человек заразиться от животного. У больных со сниженным иммунитетом возможно носительство.

      1. 1.5.1. Общая характеристика микроспоридий


Микроспоридии (Microsporidia, Balbiani, 1882) (или Микроспора) - необычная группа эукариотических, облигатных внутриклеточных паразитов с уникальной ультраструктурой и жизненным циклом (рис. 5) [132, 134, 148, 200, 251, 389]. Как и многие другие внутриклеточные паразиты, микроспоридии высоко специализированы и имеют крайне сложный и уникальный механизм инфицирования [396] наряду с другими адаптациями к жизни внутри клетки [395]. Эти адаптации представлены редукцией [185, 246, 266, 393]. По сравнению с другими эукариотами микроспоридии высоко редуцированы на всех уровнях: от морфологии и ультраструктуры до биохимии и метаболизма и даже на уровне их молекулярной биологии, генов и генома [245]. Впервые микроспоридии были описаны в середине 19-го века в качестве возбудителя болезни шелковичных червей, которая почти разрушила шелкопрядную промышленность Европы [298]. С тех пор микроспоридии нанесли значительный ущерб пчеловодству и рыбоводству. В 1857 году было обнаружено, что инфекционным агентом является микроспоридия Nosema bombycis (Nageli). Негели считал, что Nosema является представителем шизомицетных грибов, хотя классификация в то


Рис. 5. Схема строения споры микроспоридий.

Эк – экзоспора, Эн – эндоспора, М – плазматическая мембрана, Я – ядро, Сп – спороплазма, Р – рибосомы, П – поляропласт, ПТ – полярная трубка, ЯД – якорный диск, ПВ – постериорная вакуоль.


время не отражала истинного разнообразия, и шизомицеты были группой,объединяющей дрожжей и бактерий. В результате дальнейших исследований в 1882 г. Балбиани [116] создал новую группу для Nosema, назвав ее Microsporidia. Это название используется до сих пор. Сегодня микроспоридии известны как крайне разнообразная группа паразитов [413]. На настоящий момент описано приблизительно 1200 видов микроспоридий из 150 родов [250]. Большая часть микроспоридий инфицирует животных всех классов позвоночных и большинства типов беспозвоночных [248]. Некоторые виды инфицируют множество отдаленно родственных хозяев, но специфичность к одному хозяину или родственной группе хозяев оказалась нормой для микроспоридий [363]. В тоже время некоторые виды инфицируют простейших, таких как цилиаты и грегарины. Интересно, что грегарины и некоторые цилиаты сами являются паразитами животных, что указывает на то, что микроспоридии, вероятно, однажды инфицировали того же животного хозяина, как и эти простейшие, а позже приспособились паразитировать на своих соседях. Несмотря на все разнообразие и обилие микроспоридий, известных у животных на сегодняшний день, вероятно, что фактическое число микроспоридий намного превышает то, которое описано, и что число видов микроспоридий может достигать числа видов животных [248].

      1. 1.5.2. Филогения микроспоридий


Микроспоридии считались древними организмами, рассматриваемыми внутри ранней ветви, ведущей от про- к эукариотам [151]. Однако результаты последних исследований говорят за более позднее происхождение микроспоридий, указывая на то, что они являются эукариотами, некоторые гены которых утрачены, а некоторые подверглись значительной компактизации, вероятно, в ответ на адаптацию к внутриклеточному паразитизму. Микроспоридии утратили некоторые типичные эукариотические характеристики [152, 153]. Их рРНК имеет прокариотический размер без отдельной 5.8 рРНК, их рибосомы имеют сходство с рибосомами прокариотических организмов. Митохондрии, пероксисомы, флагеллин и другие 9+2 микротубулиновые структуры, классический аппарат Гольджи у микроспоридий отсутствуют. В тоже время они сохранили ядро и внутрицитоплазматическую мембранную систему. Микроспоридии также образуют веретено деления во время митоза. Эти паразиты имеют нетипичный аппарат Гольджи, который был обнаружен гистохимически с использованием тиаминпирофосфатазы [375]. С древними эукариотами их объединяет лишь отсутствие митохондрий. Так как геном микроспоридий содержит белки митохондриального происхождения, предполагают, что микроспоридии сохранили органеллы, родственные митохондриям [245].

Как было сказано выше, у микроспоридий отсутствуют некоторые структуры, которые считаются признаками эукариот, например, митохондрии, пероксисомы и центриоли. Они также обладают "прокариотическими" характеристиками, такими как 70S рибосомы, крошечный геном и связанные 5.8S и 28S рРНК. По этой причине микроспоридии долгое время считались примитивной или предковой эукариотической линией, которая отделилась от общего эукариотического предка еще до приобретения альфа-протеобактериального симбионта, который в итоге дал начало митохондриям. Согласно этой гипотезе, микроспоридий отнесли к царству Archezoa, группе организмов, не имеющих митохондрий [151].

Ранее молекулярные данные подтверждали включение микроспоридий в Archezoa. Анализ рибосомальной РНК (последовательности фактора элонгации 1-α и фактора элонгации 2) поместил микроспоридий в основание эукариотического древа [243, 265, 362]. Позже филогении, основанные на данных по фрагментам генов α- и β-тубулина, показали близкое родство с одноклеточными грибами, что противоречит данным, относящим микроспоридий к Archezoa [185, 247, 313, 314, 331, 393, 402].

Дополнительные исследования (проведенные на БТШ70 митохондрий [212, 231], протеине, закрепляющем ТАТА-бокс, большой субъединице РНК-полимеразы II и субъединицах Е1α и β пируватдегидрогеназы) подтвердили родство между микроспоридиями и грибами [196]. Наряду с открытием генов митохондриального происхождения в геноме микроспоридий [212, 231, 313] и установлением предка для микроспоридий, относящегося к грибам, Виллиамс с соавторами идентифицировал митохондрион у микроспоридии Trachipleistophora hominis иммунолокализацией БТШ70.

К тому же повторный анализ некоторых молекул, таких как EF-2 (фактор элонгации) и большая субъединица рРНК, не поддержал базальное положение микроспоридий, при использовании большого набора данных. Так как методология филогенетического анализа усовершенствовалась, были также обнаружены недостатки в других более ранних исследованиях, которые изначально поддержали базальное положение для микроспоридий. Например, EF1-α не является подходящей молекулой для большинства филогенетических исследований из-за её мутационной насыщенности, особенно у микроспоридий.

Микроспоридии имеют общие с грибами физиологические и биохимические характеристики [192, 133, 135, 388]. И те и другие имеют схожий механизм мейоза и общий механизм кэпирования матричной РНК. Однако эти характеристики не являются исключительными для грибов и микроспоридий. Взятые вместе, филогенетические, цитологические и биохимические данные [212, 246] указывают на родство микроспоридий с грибами, но точная природа этого родства остается неуловимой.

В двух недавних исследованиях была сделана попытка исправить эту ситуацию, и были получены различающиеся выводы. Тэнэйб с соавторами провел анализ RPB1 и EF-α [376], который включал большое количество последовательностей представителей грибов из четырех классов (аскомицеты, базидиомицеты, зигомицеты и хитриды), и результаты не показали близкого родства между микроспоридиями и грибами [232]. Вместо этого микроспоридии попали в основание объединенной клады для грибов и животных. В отличие от исследования Тэнэйб, филогенетический анализ Килинга не только полностью поддержал родство между микроспоридиями и грибами, но и показал, что микроспоридии возникли от предка, принадлежащего зигомицетам. В связи с вышесказанным возникает вопрос: если микроспоридии родственны грибам, о чем свидетельствует большинство данных, являются ли микроспоридии потомками грибов или они имеют общего предка с ныне существующими грибами?

Эволюционная история группы является сложной для установления при использовании одного гена. Оценки, подтверждающие модель ветвления древа, полученного на основе любого набора данных ограниченной длины, низкие. При увеличении длины набора данных и количества видов грибов, можно получить более реальное древо. В одной из последних работ [213] сделана попытка разъяснить природу родства микроспоридий и грибов с использованием восьми генов (альфа-тубулин, бэтта-тубулин, большая субъединица РНК-полимеразы II, ДНК-восстанавливающая хеликаза RAD25, ТАТА-бокс закрепляющий протеин, субъединица Е2 убиквитин связывающего фермента и Е1α и β субъединицы пируватдегидрогеназы), содержащих 1666 аминокислотных характеристик. Древа, созданные на основе этого мультигенного анализа, показали другую вероятность: микроспоридии как сестринская группа аскомицетам и базидиомицетам. Такая топология хорошо подтверждается статистически, однако, другие топологии - включающие ветвление микроспоридий как сестринской группы грибам – также не были отклонены.

Работа Джеймс с соавторами [239], основывающаяся на шести генетических регионах (18S рРНК, 28S рРНК, 5.8S рРНК, фактор элонгации 1-α и две субъединицы РНК-полимеразы II) указывает на возможное происхождение микроспоридий от эндопаразитического хитридного предка, подобного Rozella allomycis, наиболее рано дивергировавшей ветви филогенетического древа грибов. Однако не может быть отклонена и другая альтернативная гипотеза, согласно которой микроспоридии дивергировали среди ранних грибов.

Анализ белков цитоскелета (септинов), обнаруженных у микроспоридий Пэн с соавторами [308], подтверждает их происхождение от грибов.

Хотя все эти исследования значительно увеличили количество данных о родстве между грибами и микроспоридиями, единого мнения об их положении, подтвержденного большим количеством данных, не существует, и точная природа родства между микроспоридиями и грибами остается неясной.

В марте 2007 г. Хиббеттом с соавторами [229] опубликована онлайн всесторонняя филогенетическая классификация царства Грибов, с ссылкой на недавние молекулярно-филогенетические исследования. Согласно классификации микроспоридии включены в это царство. Номенклатурный статус микроспоридий неоднозначный. Они рассмотрены как тип в соответствии с зоологическим кодом, но существует разногласие в точном цитировании авторов, и вызывает сомнение, является ли это название действительным в соответствии с ботаническим кодом. Для того чтобы статус микроспоридий мог быть разрешен, необходимо решить, каким из двух кодов должна управляться номенклатура группы как целого, невзирая на то, что ботанический код теперь позволяет принимать названия грибов, описанных в соответствии с зоологическим кодом. Окончательное же решение потребует вклад от сообщества ученых, изучающих микроспоридий.



      1. 1.5.3. Инфицирование


Микроспоридии имеют сложный жизненный цикл, который может включать как вертикальный (от матери потомству) так и горизонтальный способ передачи [180]. Вертикальный способ передачи встречается во всех основных линиях, указывая на то, что он мог возникнуть не однократно и что он может быть предковой стратегией [382]. Для некоторых микроспоридий вертикальный способ передачи является дополнительным к основному горизонтальному способу, тогда как для других это основной способ передачи [180]. Вертикальная передача необычна для эукариотических паразитов и отбор, вероятно, идет в направлении сложных стратегий, чтобы паразит достиг ткани-мишени хозяина. Однако об эволюции вертикального способа передачи у микроспоридий известно мало, также не был полностью описан и его механизм. У микроспоридий беспозвоночных чаще всего встречается трансовариальная передача, когда паразиты передаются от матери потомству через яйцо. Из-за маленького размера сперматозоидов самцы редко передают инфекцию, таким образом, передача происходит в основном по материнской линии [179]. Многие виды микроспоридий повышают вероятность передачи и распространения воздействием на репродукцию хозяина с тем, чтобы увеличить количество самок в потомстве. Паразиты добиваются этого смещением соотношения полов [182] через смерть самцов [275] и феминизацию [382]. Тогда как горизонтально передаваемые паразиты часто несут высокую нагрузку и высоко патогенны [263], вертикально передающиеся паразиты зависят от репродукции хозяина и менее вирулентны [107, 178, 379, 382]. Так как передача связана с репродукцией, высокая нагрузка паразита будет поддерживаться естественным отбором в том, случае, если она увеличит возможность успешной передачи паразита в гаметы и таким образом следующему поколению хозяина. Однако высокий груз паразитов, вероятно, приводит к увеличению патогенности, которая может снизить выживаемость хозяина или репродукцию и тем самым передачу паразита следующему поколению хозяина. Это приводит к эволюции нацеливания паразитов на клеточные линии (ткани) хозяина во время его развития.

Модель распространения паразита в эмбрионах хозяина мало понятна. Вертикальная передача следующему поколению зависит от успешной передачи в гонады развивающегося хозяина. Предложены две альтернативные стратегии для попадания в гонады вертикально передающихся микроспоридий: интенсивное размножение и нагрузка во всех линиях против попадания в отдельные линии. Попадание в клеточные линии (ткани) хозяина начинается на самых ранних стадиях эмбриогенеза [181]. Со стадии двух клеток наблюдается смещенная сегрегация паразитов. Таким образом, смещенная сегрегация и нацеливание на линии хозяина выявлены в разных ветвях микроспоридий.

Среди бактериальных эндосимбионтов вертикальная передача связана с манипулированием репродукцией хозяина [118]. Эти организмы вызывают партеногенез [367], цитоплазматическую несовместимость [386], самцовую смертность [235] и феминизацию [138]. Один из видов микроспоридий Nosema granulosis передается только вертикально и вызывает феминизацию у ракообразных [237, 380]. Этот паразит имеет эффективную стратегию трансовариальной передачи и не вызывает явной патологии [379, 381]. Связь между вертикальной передачей и сниженной патогенностью означает, что вертикально передающиеся паразиты являются криптическими (скрытыми) и не могут быть обнаружены обычными методами скрининга, связанными с заболеванием [180]. В связи с этим возникает вопрос, насколько распространена вертикальная передача в пределах типа Microspora и как часто она приводит к манипулированию репродукцией хозяина. Вертикально передающиеся микроспоридии, как было показано, вызывают смещение полов посредством убийства самцов у двукрылых [109] и вызывают феминизацию у амфиподы Gammarus duebeni [380].
Трансовариальная передача микроспоридий

Трансовариальная передача характерна для большинства паразитов, относящихся к микроспоридиям [110, 122, 149, 249, 321]. Среди микроспоридий, инфицирующих насекомых, вертикальная передача является лишь дополнением к основному горизонтальному способу [112, 368] и может включать жизненный цикл с различными типами спор [165, 123, 274, 369]. Однако на Gammarus duebeni паразитируют микроспоридии, которые не передаются горизонтально [144, 145, 175], а могут передаваться только трансовариально [224]. Эти паразиты имеют общие характеристики: они расположены главным образом в тканях гонад и не оказывают патогенных эффектов на хозяина за исключением способности феминизировать зараженное потомство.

Механизмы трансовариальной передачи и феминизации хозяев пока недостаточно ясны [360, 176].

Локализация таких паразитов очень ограничена у взрослого хозяина. Споры обнаруживаются в фолликулярных клетках, в то время как вегетативные стадии находятся и в фолликулярных клетках и в ооцитах. Есть предположения, что инвазия ооцитов связана с герминацией спор. Однако не ясно, происходит ли экструзия полярной трубки через клеточные мембраны, или паразит устраняет межклеточные связи между фолликулярными клетками и ооцитами. Однако отсутствие стадии спор в гаметах подразумевает, что герминация спор может быть естественной для инвазии ооцитов.

Развитие паразитов координировано с репродуктивным циклом хозяина. Споры обнаруживаются только в фолликулярных клетках, которые находятся рядом с развивающимися ооцитами. Ооциты и фолликулярные клетки тесно связаны во время развития с поддержанием фолликулярными клетками развивающихся ооцитов [415, 155]. Споруляция происходит в зрелых фолликулярных клетках параллельно с вителлогенезом и транспортом спор. Подобное взаимодействие между репродуктивным циклом хозяина и споруляцией имеется у микроспоридий комаров.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница