Redaktor:MiriamUdv./Wolbachia
| Wolbachia | |
|---|---|
| |
| Transmisná elektrónová mikrofotografia Wolbachie v hmyzej bunke Kredit:Public Library of Science / Scott O'Neill | |
| Vedecká klasifikácia | |
| Druh: | Baktéria |
| Kmeň: | Pseudomonadota |
| Trieda: | Alphaproteobacteria |
| Rad: | Rickettsiales |
| Čeľaď: | Ehrlichiaceae |
| Rod: | Wolbachia Hertig 1936 (Approved Lists 1980) |
| Druhy | |
| |
Wolbachia je druh vnútrobunkovej gramnegatívnej baktérie, ktorá sa prirodzene vyskytuje približne u polovice druhov článkonožcov vrátane hmyzu, pavúkov, roztočov a kôrovcov, ale aj u niektorých druhov hlístovcov (nematód). Vo väčšine hostiteľov je Wolbachia endosymbiont, teda so svojím hostiteľom udržiava neutrálny vzťah, no môže pôsobiť ako mutualista, komenzalista alebo patogén. Prenáša sa vertikálne cez materskú líniu a u článkonožcov sa vo všeobecnosti spája s reprodukčnými manipuláciami hostiteľa, akými sú napríklad feminizácia populácie, partenogenéza či cytoplazmatická inkompatibilita (CI) v skorých embryonálnych štádiách. Zistilo sa, že práve prítomnosť Wolbachie v parazitických nematód je hlavnou príčinou ich patogenity a pri infikovaní vektorov, má schopnosť znižovať šírenie vírusu dengue a iných ľudských patogénov prenášaných komármi [1][2]
História
[upraviť | upraviť zdroj]Wolbachia bola prvýkrát objavená v reprodukčných tkanivách komárov Culex pipiens entomológom Marshalom Hertigom a patológom Simeonom B. Wolbachom v roku 1924 a v roku 1936 bol druh pomenovaný Wolbachia pipientis.
Metóda sexuálnej diferenciácie u hostiteľov
Wolbachia maximalizuje svoje šírenie výraznou zmenou reprodukčných schopností svojich hostiteľov, a to štyrmi rôznymi fenotypmi:
- Cytoplazmatická inkompatibilita
- Keď sa neinfikované samice spária so samcami infikovanými Wolbachiou, nakladú vajíčka, ktoré sa ale nevyliahnu, pretože pri splývaní vajíčka a spermie dôjde k abortívnej karyogamií (neúspešnému splývaniu jadier gamét), kvôli defektnej reakcii chromatínu spermie
- Keď sa samice infikované Wolbachiou spária s infikovanými samcami, všetci ich potomkovia budú infikovaní Wolbachiou .
- Keď sa infikované samice spária s neinfikovanými samcami, znovu všetci potomkovia ponesú Wolbachiu.
Okrem toho, párenie samcov a samíc infikovaných rôznymi kmeňmi Wolbachie tiež vedie k produkcii neživotaschopných embryí [3]. Obmedzenie potomstva neinfikovaných samičiek dáva lepšiu príležitosť k uplatneniu potomstva infikovaných samičiek. Výsledkom je rýchle šírenie infikovaného potomstva a postupný ústup toho neinfikovaného.
- Feminizácia potomstva, ktorej výsledkom je, že infikované samce sa vyvinú ako samice alebo neplodné pseudosamice
- Zabíjanie infikovaných samcov, kedy takéto samce uhynú už počas larválneho vývoja, čo zvyšuje pomer infikovaných samíc v populácii
- Partenogenéza – rozmnožovanie infikovaných samíc bez potreby samcov
Podstatou vyššie zmienených metód, je snaha maximalizovať infikované potomstvo. Teda ak infikovaný samec môže úspešne oplodniť len infikovanú samicu, avšak infikovaná samica sa bude úspešne množiť či už s infikovaným alebo neinfikovaným samcom, tak pre šírenie baktérii je výhodnejšie, aby v populácii prevládali infikované samice nad samcami.
Účinky Wolbachie na somatické tkanivá
Veľká časť štúdii o účinkoch Wolbachie sa zamerala na jej interakciu s hostiteľskou zárodočnou líniou. V poslednom desaťročí sa však objavilo mnoho štúdií, ktoré zdôrazňujú význam Wolbachie v somatických tkanivách. Už Wolbach a Herting v r. 1924 opísali Wolbachiu ako tyčinkový organizmus vyskytujúci sa v reprodukčnom, ale aj somatickom tkanive. Je skôr výnimkou, že je výskyt Wolbachie obmedzený len na reprodukčné tkanivá, ako je tomu u určitých kmeňov komára Aedes albopictus a samíc múch tse tse Glossina morsitans [4]. Na testovanie prítomnosti Wolbachie sa používajú PCR a fluorescenčné cytologické prístupy a obe techniky odhalili širokú distribúciu Wolbachií v špecifických somatických bunkách a tkanivách.
Účinky na správanie hostiteľa:
Modifikácie správania sa pravdepodobne vyvinuli na zlepšenie vertikálneho prenosu tohto endosymbionta do ďalších generácii.
Wolbachia mení:
- Trvanie a frekvenciu párenia
- Preferenciu substrátu vajíčok
- Preferenciu párenia (v tomto prípade však nejde o všeobecné pravidlo, závisí to od kmeňa Wolbachie a od hostiteľa)
- Vzorce kŕmenia sa krvou hostiteľa – tým, že Wolbachia môže znížiť reakciu hostiteľa na čuchové potravinové podnety sa znižuje aj úspešnosť kŕmenia sa u infikovaných komárov [5]. Deje sa to preto, lebo kŕmenie sa je nákladné správanie, ktoré môže znížiť kondíciu a životaschopnosť hostiteľa, tzn. môže pri ňom prísť k smrti hostiteľa (komára), a tým pádom aj k smrti Wolbachie [6].
- Zmeny v lokomotorickej aktivite [7].
Účinky na metabolizmus:
Wolbachia má schopnosť modulovať metabolizmus svojho hostiteľa tak, aby sa zvýšil jej vlastný prenos, tzn. zvyšuje bazálnu rýchlosť metabolizmu infikovaných komárov. Rovnako hrá úlohu pri syntéze vitamínov B [8]a zvyšuje inzulínovú signalizáciu [9].
Účinky na odolnosť voči stresu a dlhovekosť:
[upraviť | upraviť zdroj]Pretože pre svoje vlastné prežitie potrebuje hostiteľa a ten je smrteľný, tak Wolbachia má snahu jeho dlhovekosť zvyšovať, a to tak, že znižuje oxidačný stres hostiteľských buniek, reguluje hostiteľskú homeostázu železa a vplýva na apoptózu hostiteľských buniek.
Účinok na rezistenciu voči ostatným patogénom:
Ide schopnosť poskytnúť odolnosť voči širokému spektru vírusových, bakteriálnych, parazitických a hubových patogénov [10]. Táto vlastnosť umožňuje hostiteľovi infikovanému patogénom prežiť a pokračovať v reprodukcii aj v situácii, kedy by neinfikovaní hostitelia neprežili, čo poskytuje veľkú evolučnú výhodu pre Wolbachiu a jej hostiteľa.
Vďaka tejto vlastnosti môže byť Wolbachia použitá v boji proti ochoreniam, ktorých vektormi sú rôzne druhy článkonožcov. Problémom však je, že takýto boj nie je účinný voči všetkým druhom infekcie. Napríklad výskyt intracelulárnych baktérií Salmonella typhimurium a Listeria monocytogenes nie je Wolbachiou nijak ovplyvnený.
Vzťah k ľudským infekciám
Prevencia choroby
Vedci už mnoho rokov študujú Wolbachiu a hľadajú spôsoby, ako ju použiť na potenciálne potláčanie komárov, ktoré prenášajú ľudské vírusy.
- Komáre ako vektory nákazy
V komároch sa prenášané vírusy prirodzene nenachádzajú , môžu ich získať satím krvi infikovaných ľudí. Ak infikovaný komár saje na neinfikovanom človeku, môže naňho vírus preniesť, teda z komára sa stane vektor ochorenia.
Komár Aedes aegypti je hlavným prenášačom vírusov dengue, Zika, chikungunya a žltej zimnice. Wolbachia sa v ňom prirodzene nenachádza, avšak v mnohých iných druhoch sa Wolbachie prirodzene vyskytujú.
Komáre Aedes aegypti pochádzajú z Afriky, pričom prvýkrát sa mimo Afriku rozšírili počas obchodu s otrokmi v 15. až 19. storočí. Ďalšie šírenie prostredníctvom obchodu s Áziou bolo počas 18. a 19. storočia a potom opäť vďaka presunu vojsk počas druhej svetovej vojny.
V posledných rokoch rast populácie, pohyb ľudí z vidieckych oblastí do miest, viac medzinárodného cestovania a klimatické zmeny zvýšili šírenie komárov Aedes aegypti a to spôsobilo aj nárast infikovaných ľudí chorobami prenášanými týmito komármi. Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie je dnes horúčka dengue považovaná za najkritickejšie vírusové ochorenie prenášané komármi na svete. Je tiež najrýchlejšie sa šíriacim ochorením, s 30-násobným nárastom globálneho výskytu za posledných 50 rokov.
- Wolbachia ako metóda svetového programu boja proti komárom - World Mosquito Program (WMP)
Bolo dokázané, že potom ako sú komáre Aedes aegypti, nakazené Wolbachiou, prítomnosť tejto baktérie sťažuje reprodukciu vírusov vo vnútri komárov a je oveľa menej pravdepodobné, že tento vírus bude prenesený komárom z človeka na človeka. Teda prítomnosť Wolbachie v komárovi Aedes aegypti znižuje prenos vírusov ako dengue, Zika, chikungunya a žltá zimnica.
Preto poľné tímy WMP počas niekoľkých týždňov, na miestach s najväčším šírením týchto vírusových ochorení, vypúšťajú samcov a samice komárov Aedes aegypti infikovaných Wolbachiou . Tieto komáre sa potom rozmnožujú s populáciou voľne žijúcich komárov. Postupom času percento komárov prenášajúcich Wolbachiu rastie, až kým v populácii neprevládne a už nebude potreba ďalšieho vypúšťania umelo infikovaných komárov.
Táto metóda pomáha chrániť ľudí pred chorobami prenášanými komármi bez toho, aby predstavovala riziko pre prírodné ekosystémy alebo ľudské zdravie. Pritom ide o prirodzenú a sebestačnú metódu, ktorá nepotláča populácie komárov ani nezahŕňa genetickú modifikáciu, pretože genetický materiál komára nebol zmenený.
Prenášač (vektor) ochorenia
Zatiaľ čo u väčšiny článkonožcov je vzťah hostiteľa a Wolbachie fakultatívny, teda prítomnosť Wolbachie nie je podmienkou na prežitie hostiteľa, u nematód je tento vzťah obligátny. Niektoré druhy nematód spôsobujú vážne ochorenia akými sú onchocerkóza (riečna slepota) a elefantiáza. Zdá sa, že práve prítomnosť Wolbachie, zohráva pri patogenite týchto nematód mimoriadnu úlohu.
Veľká časť patogenity nematód je spôsobená imunitnou odpoveďou hostiteľa na svoju Wolbachiu . Eliminácia Wolbachie z nematód vo všeobecnosti vedie k ich smrti alebo sterilite. V dôsledku toho súčasné stratégie na kontrolu chorôb spôsobených nematódami zahŕňajú elimináciu ich symbiotickej Wolbachie prostredníctvom jednoduchého doxycyklínového antibiotika, namiesto ich priameho zabíjania často toxickejšími antihelmintikami.
Wolbachie vo fikcii
Využitie Wolbachií, ako prostriedku proti šíreniu iných patogénov, bolo využité aj vo videohre Metal Gear Solid V: The Phantom Pain.
Parazit, ktorý napáda hlasivky mal byť použitý ako biologická zbraň slúžiaca na to, aby bol vymazaný anglický jazyk a vokálna lingua franca z povrchu Zeme. Preto boli vytvorené rôzne kmene, ktoré sa reprodukovali a hostiteľ infikovaný týmto parazitom prestal rozprávať príslušným jazykom. No tomu bolo zabránené, vďaka tomu, že infikovanie parazitov Wolbachiami spôsobilo, že sa všetky parazity zmenili na samice, čím sa zastavilo rozmnožovanie parazita a zabránilo sa tomu, aby sa hostitelia stali symptomatickými, no za cenu plodnosti hostiteľov.
Okrem toho, že Wolbachia bola v hre predstavená ako prostriedok boja proti patogénom, bola tu demonštrovaná aj jej schopnosť manipulácie. Pôsobením beta žiarenia hlasivkový parazit aj Wolbachia zmutovali. Mutácia Wolbachie donútila ženské parazity, aby podstúpili partenogenézu, formu asexuálnej reprodukcie, čo ich viedlo k reprodukcii väčšieho počtu samičích parazitov, ktoré by Wolbachia mohla infikovať.
Referencie
[upraviť | upraviť zdroj]https://www.worldmosquitoprogram.org/en/about-us/our-storyhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5221451/https://web.archive.org/web/20050615103018/http://wolbachia.sols.uq.edu.au/about.cfmhttps://metalgear.fandom.com/wiki/Vocal_cord_parasitehttp://www.eliminatedengue.com/our-research/Wolbachiahttps://www.worldmosquitoprogram.org/en/work/wolbachia-method/how-it-workshttps://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/wolbachia
Ďalšie čítanie
[upraviť | upraviť zdroj]Vonkajšie odkazy
[upraviť | upraviť zdroj]- Virtuálne múzeum baktérií
- Výskumný portál Wolbachia v Národnej vedeckej nadácii
- "Wolbachia"
- Projekt Wolbachia na Vanderbilt University
- Obrázky Wolbachie
[[Kategória:Gramnegatívne baktérie]]