Anti-male microbe

Anti-male microbe

Aleksandras Markovas,
Biologinių mokslų daktarė, Paleontologijos instituto vyresnysis mokslinis bendradarbis, Rusijos mokslų akademija
"Kas naujo mokslo ir technologijų srityje" Nr. 12, 2005

"Karaliaus Erodo laikai yra atgal. Paslaptinga epidemija užima vyrų kūdikių gyvenimus. Išgyventi berniukai prieš savo motinas virsta mergaičių ar freaks intersex. Merginos gimsta be sampratos, o santuokines poras veikia sterilumas … " Atrodo, kad tai romanas "nusivylęs" mokslinės fantastikos rašytojas, ar ne? Tačiau tai nėra grožis, bet realus įvykių, kurie galėjo įvykti, jei žmonija sugautų infekciją, kuri jau sukėlė šimtus tūkstančių gyvūnų rūšių, rekonstrukciją.

Bakterija Wolbachia pirmą kartą buvo nustatyta įprastų uodų (Culex pipiens) kiaušidėse 1924 m. Tačiau jis rimtai pradėjo studijuoti tik praėjus daugeliui dešimtmečių, kai paaiškėjo, kad ji buvo daugelio skirtingų gyvūnų vystymosi ir reprodukcijos patologijų priežastis. "Wolbachia" randama vabaliukų, gulbių, muščių, lapinių vabzdžių, žiurkėnų, drugelių, blusų, vorų, erkių, vėžiagyvių, kirminų ląstelėse … "Wolbachia" garsių "savininkų" ratas nuolat auga: kas savaitę atsiranda naujų užsikrėtusių gyvūnų rūšių sąrašas.

Pirmą kartą Wolbachia buvo rasta Culex genties uodų kūne.Šie vabzdžiai, maitinantys žinduolių kraują, gali perduoti jiems daug mikroorganizmų, bet ne Wolbachia (nuotrauka iš www.usgs.gov)

Laimei, mums daugiau nei 100 milijonų metų egzistavimo Wolbachia (tai, kaip ekspertai įvertina savo amžių) negalėjo prisitaikyti prie žinduolių gyvenimo (nors jis gali gyventi žmogaus ląstelių kultūroje laboratorijoje). Be to, jo "veikimo metodai", kurie iš pradžių buvo skirti vabzdžiams, vorams ir kirminams, vargu ar būtų buvę tokie pat veiksmingi žinduoliams, kurių imuninė sistema yra daug tobulesnė.1. Kita vertus, artimiausias Wolbachia giminaitis, rickettsia (iš pradžių vabzdžių parazitas) jau "įvaldė" žmogų kaip buveinę. Rezultatas – tai eiferozė, sukelianti pikingą ir vadinamąjį dėmėtąjį karščiavimą.

"Wolbachia" niekada netyčia nejaučia. Ji ateina su savo aukomis daug plonesnė ir sudėtingesnė, meistriškai manipuliuoja jais, siekdama savo savanaudiškų tikslų. "Wolbachia" negali gyventi ne šeimininko ląstelėse ir perduodama "vertikaliai" – nuo motinos iki jos vaikų, skleidžiant infekuotas pateles į kiaušinius. Bakterijos, kurios pateko į vyriškio kūną, yra pasmerktos mirti kartu su juo ir negali palikti palikuonių.Vyrai už Wolbachia yra nereikalingas balastas, ir ji atsikratoma jų, selektyviai žudydama vyrų embrionus.

90-ųjų pabaigoje rusų mokslininkai nustatė, kad dviejų taškų ladybugo lizduose užkrečiamos lervos dažnai išsiverždavo iš pusės kiaušinių, o visi iškruvę vabzdžiai yra moterys. Likę kiaušiniai, kuriuose yra negimusių "Dievo bulių veršelių" mirtingųjų liekanos, jų seserys iš karto sunaikina. Buvo įrodyta, kad vyrų vaisių mirties priežastis yra Wolbachia bakterija, tačiau dar nėra žinoma, kaip tiksliai ji juos žudo ir kaip ji atskiria vyrus nuo patelių.

Savižudybių nužudymo aukos, kurias atliko Wolbachia, arba anrociditas, yra, be liemenės, kai kurie drugiai, musės ir skruzdėlės. Kartais tai sukelia staigų moterų dominavimą natūraliose vabzdžių populiacijose. Pavyzdžiui, Afrikos drugeliuose, užkrėstuose Wolbachia, vienas vyras už 100 ar net 200 moterų. Keista, kad toks katastrofiškas vyrų populiacijos mažėjimas nesukelia rūšies išnykimo. Pasirodo, kad labai mažai vyrų dažnai yra gana pakankamai, kad gyventojai galėtų išgyventi.

Kartais Wolbachia sugeba išnaikinti visus vyrus be išimties, ir netgi tai nesudaro šeimininkų išnykimo, nes moterys, paklūsta Wolbachijos paslaptingiems "įsakymams"pradeda daugintis partenogenezė – be tręšimo (graikų "partitenogenezės" reiškia "gimęs vaikas"). Kai kurios lapų rūšys, kuriose Wolbachia infekcija yra visuotinio pobūdžio, visiškai praranda gebėjimą normaliai lytiniam dauginimuisi ir negrįžta į ją, net jei jie yra išgydyti tetraciklinu.

Wolbachia yra dar sudėtingesnė kai kuriuose vėžiagyviuose – medžių utėlėse. "Wolbachia" rūšis, gyvenanti medienoje, išmoko paversti genetinius vyrus patelės. Vyro medžio utuose yra speciali liauka, kuri išskiria androgeninį hormoną. Atsižvelgiant į šio hormono buvimą ar jo nebuvimą, priklauso nuo to, kokiu būdu prasidės embriono vystymasis – vyrai ar moterys. Wolbachia slopina androgeno liaukos veiklą ankstyvoje gyvulių vystymosi stadijoje, dėl kurios moterys vystosi iš embriono su vyriškos chromosomos. Jos chromosomos išlieka vyriškos lyties! "Neteisingos moteriškos" palikuonys yra 100% sudarytos iš tų pačių "klaidingų moterų". Jei pašarote jauną "melagingą moterį" su tetraciklinu, ji virsta intersex – gyvūnu, turinčiu vyrų ir moterų savybių mišinį.Tačiau, norint išgydyti suaugusią "klaidingą moterį", ji išlieka moteriška, bet pradeda gaminti tik kai kuriuos vyrus.

Neatidėliotina šeima
Visi artimiausi Wolbachia giminaičiai yra ląstelių parazitai, kurie ilgai negali gyventi už priimančiojo gyvūno ląstelių. Be įvairių Rickettsiakuri sukelia vidurių šiltinimą ir pastebėtą karščiavimą žmonėms, šiam bakterijų grupei (vadinamoji Ricketciuma) įtraukti anaplazmą ir ehrlich. Anaplasma – Mirtingos galvijų ligos sukėlėjas – anaplazmatozė. Anaplazmų veislės yra erkės. Ši bakterija gyvena karvių eritrocituose ir sukelia sunkią anemiją, dažnai sukeliančią gyvulio mirtį. Erlichia taip pat toleruoja erkės ir sukelia pavojingas atrajotojų ir šunų ligas: anemija ir širdies dusulys (perikardo edema). Daugelis ritkatijų, pavyzdžiui, Wolbachia, naudoja T4ss (modifikuotas seksualinis aparatas), skirtą įvairioms medžiagoms – reguliuotojams įvežti į ląstelių šeimininkus.

Daugelis "Wolbachia" veislių yra dar protingesni. Bakterijos yra naudingos užkrėstoms moterims, todėl jos augina daug palikuonių nei sveiki."Wolbachia" išmoko didinti sergančių moterų augimą ir padaryti juos beveik sterilus ir neinfekuotus. Pirmasis uždavinys yra gana paprastas, tačiau kaip bakterijos gali paveikti tų moterų, kurios nėra užsikrėtę, auglumą? Paaiškėjo, kad bakterija kaip įrankis naudoja užsikrėtusius vyrus. Sveikų patelių kiaušiniai, apvaisinti infekuotų vyriškos lyties spermomis; tačiau tas pats patinas gali sėkmingai apvaisinti bet kokią užkrėstą moterį, o jų palikuonys (žinoma, taip pat užkrėstos) bus gana perspektyvios.

Šis fenomenas, vadinamas "citoplazminiu nesuderinamumu"2 – viena iš labiausiai intriguojančių "Wolbachia" paslapčių. Kokią nuostabią manipuliavimą šis mikroorganizmas daro su užsikrėtusio vyro spermomis, kad jie negali tręšti sveikos kiaušialąstės, tačiau visiškai išlaiko gebėjimą apvaisinti užkrėstus kiaušinius? Problemos sudėtingumą sustiprina tai, kad "Wolbachia" negali įsiskverbti į spermatozoidą – tai yra per maža.

Ritininės trihogramos (mažos parazitinės pusbrolis) lapai yra ryškios Wolbachy ląstelės.Dauguma jų yra sukauptos kiaušinio pabaigoje, kuri ketina vystytis į reprodukcinius organus (nuotrauka iš www.nsf.gov)

Šis paslaptis dar nėra visiškai išspręsta, tačiau buvo įmanoma nustatyti, kad "citoplazminis nesuderinamumas" yra darnių bakterijų, esančių kiaušialąstėje, ir tų, kurie gyvena vyriškose lyties organuose, danų. "Wolbachia", gyvenanti vyriškos lyties telyčiose, injekuoja tam tikrą medžiagą (greičiausiai baltymą) į brandintą spermatozoidą, kuri prideda prie spermatozoido chromosomų ir "sugadina" jas. Tuo pačiu metu ji tarnauja kaip savotiška etiketė – "Wolbachy" kiaušinio "įprastas ženklas". Kai spermatozoidas sujungiamas su kiaušialąstėmis (tręšimas), "etiketė" pažeidžia tėvų chromosomų elgesį, neleidžia jiems susivienyti su motinos chromosomomis ir pradeda sklandžiai dalintis su jais. Netrukus bus sunaikintos tėvų chromosomos, kurios beveik visada lemia embriono mirtį3. Tai yra atvejis, kai kiaušialąstėje nėra Wolbachia. Jei jis ten, iš jos išskiriami baltymai skubės į "pasmerktą" tėvelinės chromosomos pagalbą ir išgelbės juos nuo sunaikinimo. "Žyma" yra inaktyvuota arba pašalinta,chromosomų elgesys normalizuojasi, o iš apvaisinto kiaušinio vystosi gana gyvybingas embrionas (žinoma, yra užkrėstas Wolbachia).

Pats nuostabiausias dalykas yra tai, kad Wolbachia, kuri yra kiaušinių ląstelėje, išskyrus retus atvejus, išgelbėtų tik nuo sunaikinimo išgelbėtos tik tos pačios rūšies bakterijų (ir daugybės šimtų Wolbachia rūšies) pažymėtų chromosomų. Kaip "wolbachia" išskiria "savo" etiketę iš "svetimų", išlieka paslaptis. Tačiau šis "Woolbachia" "suprantamumas", kurį ji demonstruoja vyriškų chromosomų išsaugojimo klausimu, turi didelę praktinę reikšmę. Jos dėka Wolbachia įgijo galimybę kontroliuoti ne tik jo savininkų reprodukciją ir plėtrą, bet ir jų evoliuciją!

Šis efektas, turintis labiausiai netikėtų ir toliareikšmių pasekmių, sukelia mokslininkus, kurie supranta problemos esmę, jausmas, esantis arti mistinio siaubo, vadinamas "infekcine įvairove". Įsivaizduokite, kad viena gyvūno rūšies dalis buvo užkrėsta viena Wolbachia rūšimi, o kita – kita. Jei abu bakterijų tipai sukelia "citoplazminį nesuderinamumą", tai neišvengiamai atsiraskad ši rūšis bus prievarta dalijama į dvi puses, nesugebės tarpusavyje susivienyti. Iš esmės tai reiškia, kad pradinį vaizdą reikia padalinti į du. Bus užbaigtas didžiausias evoliucijos proceso, "rūšiavimo akto", paslaptis. Tai bus įvykdyta ne pagal Dievo valią, o ne pagal klasikinės evoliucinės teorijos įstatymus, o ne natūralios atrankos, bet kai kurių bakterijų "užgaidos" rezultatu.

Draugo mūsų priešas
Pareiškimas, kad Wolbachia negali gyventi žmogaus kūne ir todėl nėra pavojingas mums, nėra visiškai tikslus. "Wolbachia" negali tiesiogiai gyventi mūsų kūno ląstelėse, bet jis gyvena parazitinių kirminų ląstelėse – filariose, kurios gali gyventi žinduolių, įskaitant žmones, audiniuose. Filarias sukelia daugybę pavojingų žmonių ligų – filariozę. Kirminai veikia poodinį audinį, vidinius organus (įskaitant širdį), akis. Kai kurie filarirai sukelia vadinamąją "elephantiasis" – per didelis pluošto augimas, dėl kurio rankos ar kojos gali išsipūsti. Kai kurios filariozės savybes ir simptomus neskiria patys parazitiniai kirminai, bet Wolbachia medžiagų apykaitos produktai, gyvenantys kirminų audiniuose. Carrier filarias yra vabzdžiai.Gali būti, kad šie parazitiniai kirminai kartą (prieš maždaug 100 milijonų metų) Wolbachia buvo "užkrėsti" būtent iš vabzdžių. Tačiau "Wolbachia" santykiai su filariais visiškai skiriasi nuo vabzdžių. Tarp širdys ir bakterija sukūrė pilną meilę ir supratimą. "Wolbachia" tapo naudingu filialų drauge (symbiont). Labai kenčia "Wolbachia" "išgydyti" kirminai: jų vaisingumas smarkiai sumažėja, o jų mirtingumas didėja. Kai šis faktas buvo atrastas, mokslininkai ir gydytojai buvo pripildyti didelių vilčių. Galbūt bus galima išgydyti žmogų iš filariacijos, "išgydydamas" savo filarias iš "wolbachia"? Galų gale "Wolbachia" kalkės yra daug lengviau nei pati kirminas (apvaliosios kirmėlės, įskaitant filarias, išskirtinas ypatingu atsparumu bet kuriai cheminei medžiagai). Deja, šios vilties buvo tik iš dalies patenkintos. "Wolbachia" sunaikinimas su tetraciklinu iš tikrųjų mažina parazitinių kirminų skaičių ir augimą, bet vis tiek jo nebaigti naikinti.

Kiek realus yra šis scenarijus? Ar "užkrečiama veisimas" įvyksta gamtoje ir, jei taip, kaip dažnai? Nežinoma Tačiau kriketo figūros jau buvo rasti Šiaurės Amerikoje,Nepavykus sugrupuoti vienas su kitu, tačiau po gydymo tetraciklino kursas staiga tapo visiškai suderinama ir pradeda duoti gyvas ir sveikas hibridines palikuonis …

Kaip ir visos bakterijos, Wolbachia genomą sudaro viena chromosoma, apskrita DNR molekulė, kurios dalys yra mikrobų genai (vaizdas iš biologijos.plosjournals.org)

"Wolbachia" pritraukia artimiausią mokslininkų dėmesį visame pasaulyje. Šimtai mokslinius straipsnius apie šią bakteriją skelbia kasmet. Akivaizdu, kad supratimas apie jo atliktų manipuliavimo mechanizmą suteiks žmogui galingiausią būdą įtakoti gamtą. Šis klausimas yra sudėtingas dėl to, kad wolbachia neauga į dirbtinę terpę, todėl ji negali būti tiriama naudojant įprastus mikrobiologinius metodus. Nauja Wolbachia tyrimo era prasidėjo 2004 m. Kovo mėn., Kai buvo išleisti vienos jo veislės genomo išskirstymo rezultatai (dabar visiškai iššifruoti dviejų Wolbachia veislių genomai, iš dalies skaitomos kitų dviejų genomų). Analizuojant vieno Wolbachia DNR molekulės nukleotidų seką kompiuteriniais ("bioinformatikos") metodais, mokslininkai tikisi identifikuoti genus ir baltymus,su kuria Wolbachia manipuliuoja savo meistrus.

Jau keletą metų grupė Rusijos mokslininkų, vadovaujama profesoriaus I. A. Захарова (institutas bendrosios genetikos, anksčiau), bandė išlaisvinti Wolbachia paslaptį. Remiantis naujausiais duomenimis, Wolbachio genomoje buvo nustatyti keletas dešimčių genų – labiausiai tikėtini kandidatai į priimančiųjų gyvenimo reguliuotojų vaidmenį.

Dekrenuojant DNR seką. Kiekviena juosta atitinka tam tikrą nukleotidų tipą (vaizdas iš news.bbc.co.uk)

Paaiškėjo, kad bakterija įveda reguliuojančius baltymus į ląstelių šeimininkės citoplazmą, trukdančią vadinamojo citoskeleto – ląstelės raumenų ir skeleto sistemos – veikimui, dėl kurio priklauso chromosomų elgesys ląstelių dalijimosi metu. Wolbachia savo klastingus "injekcijas" atlieka naudojant specialų prietaisą – vadinamą 4 tipo sekretoriato sistema (T4SS). Šis prietaisas yra ne daugiau kaip … modifikuotas seksualinis aparatas. Įprastos bakterijos, naudojančios šį prietaisą, įveda savo DNR į giminių ląsteles vadinamosios konjugacijos metu – bakterijų "lytinių santykių" metu.Jei mes truputį atsikratome griežtos biologinės terminijos, galime pasakyti, kad Wolbachia vykdo lytinius santykius su savo šeimininkų ląstelėmis, tik vietoj paveldimų medžiagų, į juos įvedami įvairūs baltymų reguliatorių deriniai.

Pasak mokslininkų grupės I. A. Zakharovui, reikės dar kelerių metų, kad galiausiai išspręstų visas Wolbachijos paslaptis. Tačiau praktinis tarpinių tyrimų rezultatų naudojimas prasideda dabar. Visų pirma, yra sukurta Wolbachia naudojimo metodika, skirta reguliuoti vabzdžių skaičių ir augimą: žalingas ir naudingas.

Vaizduotinis naudojimas
Wolbachia domisi tuo, kad užsikrėtę moterys gamina kuo daugiau palikuonių, ir ji gali to pasiekti. Daugelyje Wolbachia užkrėstų vabzdžių rūšių gydymas tetraciklina mažina moterų augimą. Be to, kai kuriais atvejais žmonės, užsikrėtę Wolbachia, gyvena ilgiau, elgiasi aktyviau ir dažniausiai yra labiau gyvybingi nei gydomi. Ar tai reiškia, kad "Wolbachia" gali sukelti ne tik žalą, bet ir naudą? Vargu.Neigiamas poveikis, pasireiškiantis po gydymo, paprastai išnyksta 2-3 kartų. Pavyzdžiui, "Drosophila simulans" išskrido iš wolbachijos, vaisingumas mažėja. Tačiau po trijų kartų išgydyti muselai gaminami kaip daugelis palikuonių kaip užkrėsti.
Tai rodo, kad "nauda", kurią Volbachia duoda savininkui, gali būti iliuzinė. Genetinis narys, narys korespondentas Rusijos mokslų akademijos I. A. Захаров kartu su šio pranešimo autorius pasiūlė, kad Wolbachia gali sukelti kažką panašaus narkomanijos ar naudoti tam tikrų parazitų įprastą metodą nuodų ir priešnuodis. Šie parazitai gamina dviejų medžiagų kompleksą, iš kurių vienas yra nuodingas šeimininkui, o kitas yra priešnuodis, o nuodai yra stabilūs, o priešnuodis greitai sunaikina kūną ir jo atsargos turi būti nuolat atnaujinamos. Dėl to savininkas, kuris vienu ar kitu būdu sugebėjo atsikratyti parazito, žudomas. Savininkas pats tampa suinteresuotas išlaikyti savo parazitą bet kokia kaina.


1 Tarp pasitenkinimo faktų yra tai, kad bet kuris Wolbachia užkratas užsikrėtęs gyvūnas yra gana lengvai išgydomas – Wolbachia yra labai jautri antibiotikams, ypač tetraciklinui.

2 Šio poveikio pavadinimas buvo pateiktas prieš tai, kai buvo nustatyta, kad Wolbachia buvo priežastis. Buvo pastebėta, kad kai kurie vyrų uodai yra reprodukciniai nesuderinami su kai kuriomis moterimis. Nustatyta, kad nesuderinamumas yra paveldėtas gimdymo linijos; buvo padaryta išvada, kad faktorius, lemiantis šį turtą, yra ne chromosomos, o branduolyje, o citoplazmoje (nes apvaisintas kiaušinis gauna iš abiejų tėvų branduolius ir chromosomas, beveik tik motina – citoplazmą). Mikrobologijos "Wolbachian bumas" prasidėjo po to, kai buvo nustatyta ryšys tarp "citoplazminio nesuderinamumo" ir bakterijos Wolbachia buvimo kiaušiniuose.

3 Apvaisintas kiaušinis, iš kurio embrionas vystosi daugumoje gyvūnų ir augalų, turi dvigubą chromosomų rinkinį, iš kurių pusė yra gaunama iš motinos, pusė – iš tėvo. Nevaisingas kiaušinis, kaip ir spermatozoidas, turi vieną chromosomų rinkinį. Tėvų chromosomų mirtis apvaisintame kiaušinyje lemia tai, kad kiaušinis vėl tampa nevaisingas. Daugeliu atvejų embrionas nevyksta iš tokio kiaušinio.Išimtys yra kai kurie gyvūnai, tokie kaip lapai, bitės ir skruzdėlės, kurių vyrai (dronai) paprastai vystosi iš nefertilizuotų kiaušinių. Tokiu atveju "Wolbachia" "pastangos" sukelia šiek tiek netikėto rezultato: palikuonys negyvena, bet pasirodo esąs 100% vyrų. Neužkrečiamų paukščių skaičiaus padidėjimas yra akivaizdžiai nepelninga bakterija. Tai vienas iš nedaugelio atvejų, kai Wolbachia "nepastebėta".


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: