От края на 20-ти век сме свидетели на огромна загуба на пчелни колонии по целия свят. Това явление, наричано разстройство на колапса на колониите, се причинява от множество фактори, включително лошо хранене, пестициди или инфекции от патогени. Един вид патогени са микроспоридиите, особено Nosema ceranae (1). Микроспоридиите са еукариотни едноклетъчни организми и облигатни вътреклетъчни паразити, които са филогенетично разположени в основата на гъбичното дърво (2). Друга особеност на микроспоридиите са техните силно редуцирани геноми, което свидетелства за пълна адаптация към паразитния им начин на живот в клетката гостоприемник. Изследването на механизмите на микроспоридиална инфекция/пролиферация ще допринесе за по-доброто разбиране на един фактор, лежащ в основата на загубата на пчелите.

паразитиране

Дял

Копирайте връзката

Моят докторски съветник, проф. Доминик Ферандон, започна да си сътрудничи с екипа на проф. Фредерик Делбак (Университет Клермон-Оверн, Франция), който работи върху инфекцията на пчелите от Nosema ceranae и въздействието на излагането на сублетални нива на пестициди (3). Тъй като биологията на тези паразити остава слабо известна поради липсата на генетично приемливи модели на инфекция, с изключение на нематодата Caenorhabditis elegans, решихме да използваме моделния организъм Drosophila melanogaster и неговия сроден микроспоридий Tubulinosema ratisbonensis за задържане на микроспоридиоза.

За да проучи инфекцията на паразита, д-р Себастиан Ниехус разработи прост инжекционен модел, който рекапитулира естественото заразяване от тубулинозема. Тъй като заразените с T. ratisbonensis мухи показват ясно намалени проценти на снасяне на яйца, ние допълнихме обичайната си среда с повече дрожди. Неочаквано заразените мухи умират по-бързо от контрола, фенотип, корелиращ с повишен паразитен товар. От това просто наблюдение решихме да изследваме кой метаболит ограничава разпространението на паразити. Изненадващо, разпространението на микроспоридия не зависи критично от добавките на аминокиселини, въглехидрати или холестерол в храната.

Основното гориво за разпространението на паразити са липидите. Нашите експерименти показват, че допълването на мухата с мастни киселини усилва вирулентността и натоварването на паразита. Успоредно с това наблюдавахме, че T. ratisbonensis се размножават преференциално в мастното тяло на лобулите на гостоприемника Drosophila, тъкан от насекоми със смесени характеристики на черния дроб на бозайниците и мастната тъкан. Също така забелязахме корелация между пролиферацията на паразити и загубата на липидни капчици в мастните телесни клетки (Фигура 1).

Фигура 1: T.ratisbonensis се размножава за предпочитане в мастното тяло за сметка на липидните резерви на гостоприемника.
Drosophila фиксирана и оцветена за ДНК (DAPI, синьо), за актин (FITC, зелено), за липидни капчици (Nile Red, червено) и за спори на T. ratisbonensis (Cy5, жълто). Наляво, Неинфектиран корем; синият сигнал произхожда от кръстосаната реакция на DAPI с трахеалната система (°: въздушни торбички); гръбният съд изглежда зелен (очертан); мастните лобули на тялото са оцветени в червено. Нали, Инфектиран корем при 9d след инфекцията; синият сигнал по същество съответства на ядрата на пролифериращите меронти. Спорите се диференцират в кората на хипертрофираните мастни лобули на тялото (звездички), както и перикардните клетки, които облицоват гръбния съд (очертан).

По този начин аз, с помощта на Gaëtan Caravello, реших да се впусна в малко насочен екран върху около 100 гена, участващи в метаболизма на липидите, със специален акцент върху тези, които участват в синтеза или разграждането на мастните киселини. Обратно, всеки ген, кодиращ ензим, който използва метаболит, критично необходим за пролиферацията на паразити, ще даде обратния фенотип. Тази стратегия за картографиране ни позволи да идентифицираме фосфатидната киселина като ключов метаболит. Интересното е, че когато Gaëtan Caravello инжектира фосфатидна киселина в мухите, паразитът се размножава по-интензивно и мухите се поддават по-рано на инфекцията (Фигура 2).

Фигура 2: Фосфатидната киселина е съединение, погълнато от T. ratisbonensis, което ограничава нейното разпространение.
Опростена схема на синтез на мастни киселини и метаболити надолу по веригата, използвани за съхранение или синтез на мембранни фосфолипиди. Всички ензими, показани в тази схема, са тествани чрез РНК интерференционен подход: регулирането надолу на тяхната експресия води или до подобрена преживяемост на гостоприемника до предизвикателството на T. ratisbonensis и намалено натоварване от паразити (зелена площ) или противоположния фенотип (червена зона ). В последния случай се очаква намалената експресия на тези ензими, които изразходват фосфатидна киселина, да увеличи наличността на това съединение за паразита.

В заключение, използването на нов генетичен подход за разбиране на взаимодействията между микроспоридия и гостоприемник хвърля нова светлина върху критичните изисквания на метаболитно ниво на този паразит, които все още не могат да бъдат генетично манипулирани. В случай на микроспоридиоза, гладът на мазнини вероятно ще помогне на гостоприемника, което може да бъде от значение за ограничаване на тежестта на този вид инфекция при пчелите.

1. Klee J, et al. Широко разпространено разпространение на микроспоридиана Nosema ceranae, възникващ патоген на западната медоносна пчела, Apis mellifera. J Invertebr Pathol. 2007 г. септември; 96 (1): 1-10

2. Кийлинг П. Пет въпроса за микроспоридия. PLoS Pathog. 2009 септември; 5 (9): e1000489

3. Vidau C et al. Излагането на сублетални дози фипронил и тиаклоприд значително увеличава смъртността на пчелите, заразени преди с Nosema ceranae. PLoS One. 2011; 6 (6): e21550