Mikrosporidie

mikrosporidie

Fibrillanosema crangonycis
vědecká klasifikace
Doména:eukaryotaPoklad:ObazoaPoklad:Zadní bičíkovciPoklad:NucletmyceaPoklad:OpistosporidiaTyp:mikrosporidie
Mezinárodní vědecký název
Microsporidia Balbiani, 1882
Synonyma
  • Microspora

Microsporidia [1] ( lat.  Microsporidia ) je klad prvoků příbuzných houbám , jejichž všichni členové jsou obligátními intracelulárními parazity eukaryotických organismů. Bylo popsáno asi 1300 druhů ve 160 rodech, což je malá část skutečné diverzity této skupiny, protože velké množství potenciálních hostitelů nebylo prozkoumáno na infekci mikrosporidií [2] . Tyto patogeny jsou rozšířeny mezi zvířaty téměř všech systematických skupin, od prvoků po vyšší obratlovce , včetně člověka. Nejpočetnější a nejrozmanitější jsou mikrosporidie korýšů a hmyzu [3] .

Microsporidia mají řadu unikátních znaků, které demonstrují extrémní stupeň specializace tohoto taxonu na intracelulární parazitismus. Spory těchto patogenů obsahují unikátní komplex organel známý pouze pro mikrosporidii - vytlačovací aparát určený k infekci hostitelské buňky propíchnutím její membrány a vyhozením embrya přímo do cytoplazmy . Tento způsob přenosu embrya ze spory do buňky hostitelského zvířete není u jiných prvoků znám [3] . Genom mikrosporidií je nejmenší mezi eukaryoty a nemá prakticky žádné introny a mitóza je formou uzavřené intranukleární pleuromitózy. Jejich ribozomy jsou podobné prokaryotickým a mají sedimentační koeficient 70S. Buňka mikrosporidií je zbavena kinetosomů a jejich derivátů ( bičíky a centrioly ), lysozomů , granulí rezervních živin . Dlouhou dobu byla nepřítomnost mitochondrií v mikrosporidiích považována za primární , ale nedávno byly v jejich buňkách nalezeny drobné dvoumembránové organely - mitosomy , u kterých byl prokázán jejich mitochondriální původ [4] .

Morfologie

Struktura spor

Obal spor u velké většiny druhů mikrosporidií sestává ze tří vrstev: glykoproteinová exospora, chitinózní endospora a cytoplazmatická membrána. Exospora může být vícevrstevná a tvořit přívěsky různých tvarů [5] .

Extruzní zařízení zahrnuje zadní vakuolu , kotevní disk , polaroplast a polární trubici . Zadní vakuola je reprezentována jednou nebo více komorami umístěnými terminálně. Někdy se uvnitř vakuoly nachází posterosome – pozůstatek  Golgiho aparátu . Během vytlačování spór se tato organela prudce zvětšuje a tlačí embryo do polární trubice [6] >.

Polaroplast je nejčastěji svazek těsně zabalených membrán, ale může také zahrnovat různé vezikuly a tubulární struktury. Předpokládá se, že polaroplast se podílí na vytváření vysokého intrasporového tlaku nutného pro everzi polární trubice a je také „dodavatelem membrán“ pro trubici samotnou a sporoplazmu, která jí prochází [6] .

Polární trubice je reprezentována protáhlou dvoumembránovou strukturou se středně elektronově hustým obsahem, vybíhající z kotevního kotouče umístěného na předním konci výtrusu a položený spirálovitě. Délka, stupeň vývoje a tvar polárních trubic u mikrosporidií se značně liší. Obvykle se počet závitů šroubovice pohybuje od 6 do 12, ale u některých druhů dosahuje 36. Zástupci čeledi Metchnikovellidae  , parazité jiných jednobuněčných organismů (také parazitických) gregarinů , mají extrémně redukovaný vytlačovací aparát, s polárním trubice nepřesahující velikostí délku spóry. Podle strukturních znaků se rozlišuje několik typů polárních trubic: izofilární  - má v celém rozsahu stejnou velikost; anizofilární  - průměr prvních závitů výrazně převyšuje průměr následujících; heterofilární  - různé cívky mají různé průměry. Po vyvržení se polární trubice stane dutou a přes ni je sporoplazma zavedena do hostitelské buňky [6] .

Struktura sporoplazmy a stadia intracelulárního vývoje

Sporoplazma (embryo) je jediné jádro nebo diplokarion ležící ve výtrusu, obklopené tenkou vrstvou cytoplazmy s ribozomy. Po extruzi spory embryo prochází polární trubicí a vstupuje do cytoplazmy hostitele. V infikované buňce je přitom sporoplazma obklopena vlastní cytoplazmatickou membránou, jejíž původ není dodnes s jistotou znám [7] .

Proliferační stadium - meront  - je reprezentováno intenzivně rostoucí a množící se buňkou, jednojadernou nebo vícejadernou, podle stadia merogonie . Cytoplazma merontu obsahuje minimální sadu organel: tubulární Golgiho aparát , jehož struktura je jedinečná pro mikrosporidie [8] , ribozomy, hladké a drsné endoplazmatické retikulum . Kromě toho lze v cytoplazmě merontu nalézt různé tubulární struktury a vezikuly [9] .

Během přechodu do prvního stadia sporogonie, sporont  , získává buňka mikrosporidií přes cytoplazmatickou membránu další membránu, která je zprvu patrná pouze elektronovou mikroskopií. Během této fáze pokračuje jaderné štěpení, což má za následek tvorbu mnohojaderných sporogonálních plazmodií , což vede ke sporoblastům .

U mnoha druhů mikrosporidií je vně sporontní schránky položena další krycí vrstva, která tvoří schránku sporoforického váčku (podle staré terminologie pansporoblast ). Struktura sporoforových váčků a vývoj dutiny mezi schránkami se u různých typů mikrosporidií značně liší [10] .

Sporoblast  je přechodné stadium mezi sporogonálním plasmodiem a sporou. Vyznačuje se intenzivním vývojem membrán a kladením všech budoucích organel spor [10] .

Genom

Genom microsporidia, stejně jako většina ostatních eukaryot, sestává ze sady lineárních chromozomů , je však extrémně redukovaný a neobvyklý. Průměrná velikost genomů microsporidií je extrémně malá, u Encephalitozoon intestinalis je to pouze 2,3 milionu párů bází , což je ještě méně než u některých bakterií . Sada kódovaných proteinů je také malá, v genomu Encephalitozoon cuniculi bylo nalezeno asi 2000 sekvencí kódujících protein . Genom mikrosporidií je vysoce kompaktní a prakticky se v něm nevyskytují žádné introny , zatímco geny homologní s geny jiných organismů jsou u mikrosporidií často mnohem kratší [4] .

Vlastnosti metabolismu

V procesu adaptace na intracelulární parazitismus ztratily mikrosporidie většinu metabolických drah, jako je oxidativní fosforylace nebo Krebsův cyklus . Ve fázi intracelulárního vývoje parazit vůbec nevyužívá svůj vlastní systém energetického metabolismu , zcela se spoléhá na transport ATP z cytoplazmy hostitelské buňky díky unikátním nosičům ATP [11] . Tyto vektory plastidově-bakteriálního typu byly získány mikrosporidií horizontálním přenosem genů z bakterií a jsou pro tento taxon jedinečné. Mikrosporidie tak pokročily dále než všechna ostatní eukaryota na cestě adaptace na intracelulární parazitismus, protože kromě nich nebyli dosud nalezeni žádní paraziti, kteří by mohli přímo transportovat ATP z hostitelské buňky [11] .

Ve fázi spor si mikrosporidia udržují svou životně důležitou aktivitu díky glykolýze . Dlouho přitom nebylo jasné, jak dochází k reoxidaci redukčních ekvivalentů vzniklých při glykolýze, jako je NADH . K dnešnímu dni bylo navrženo následující schéma tohoto procesu, včetně glycerolfosfátového kyvadlového mechanismu a alternativní oxidázy . V cytoplazmě cytoplazmatická forma glycerol-3-fosfátdehydrogenázy oxiduje NADH na NAD + a zároveň redukuje dihydroxyacetonfosfát na glycerol-3-fosfát. Ten vstupuje do mezimembránového prostoru mitosomů , kde je opět oxidován na dihydroxyacetonfosfát díky mitosomální formě glycerol-3-fosfátdehydrogenázy závislé na FAD . Redukovaná forma FADH2 zase daruje elektrony do poolu ubichinonů umístěných ve vnitřní membráně mitosomu. Posledním krokem je reoxidace ubichinonu enzymovou alternativní oxidázou s použitím kyslíku jako konečného akceptoru elektronů a jeho redukce na vodu [12] . V genomech zástupců skupiny Terresporidia (která zahrnuje většinu mikrosporidií parazitujících na suchozemských zvířatech) nebyl nalezen alternativní gen pro oxidázu. Schéma energetického metabolismu u této skupiny tedy stále zůstává záhadou [12] .

Životní cyklus

Invazivním stádiem mikrosporidií je spor. Obsahuje embryo (sporoplazmu) a komplexně organizovaný vytlačovací aparát, který zajišťuje uvolnění embrya ze spory a jeho zavedení do hostitelské buňky. U mnohobuněčných zvířat k infekci obvykle dochází, když spory parazita vstoupí do trávicího traktu hostitele. Na rozdíl od jiných intracelulárních parazitů dochází v naprosté většině případů k rozvoji mikrosporidií v přímém kontaktu s cytoplazmou hostitelské buňky, bez vzniku parazitoforické vakuoly [13] . Po zavedení dochází k růstu a diferenciaci embrya, načež se buňka parazita změní v meronta, proliferativní stadium, které se množí binárním nebo vícenásobným dělením podle typu merogonie . Poté mikrosporidie přecházejí do sporogonie. Jádra sporontů procházejí jedním až několika děleními, což má za následek tvorbu sporogonálních plazmodií, což vede ke vzniku sporoblastů, ve kterých dochází k tvorbě spor. Obvykle v této fázi dochází k destrukci infikované hostitelské buňky a takto uvolněné spory infikují další buňky téhož organismu nebo jsou vylučovány k infekci jiných jedinců.

Microsporidia vykazují velmi vysoký stupeň diverzity v životních cyklech . Výše popsaný monoxenní (včetně pouze jednoho hostitele) cyklus s tvorbou spor jednoho typu je charakteristický pro téměř 80 % popsaných druhů [14] . I v takovém cyklu se však znaky sporogonie, struktura jaderného aparátu, počet a typy dělení ve všech fázích značně liší. V jiných případech může cyklus probíhat ve více než jednom hostiteli, zahrnuje několik sporogonií s tvorbou několika typů spor, které se liší morfologicky a funkčně. U několika druhů v různých fázích vývoje je popsána meióza a sexuální proces probíhající podle typu gametocytogamie [13] . Příkladem nejsložitějších polyxenických životních cyklů, včetně pohlavního procesu a morfofunkční diferenciace spor, jsou životní cykly mikrosporidií rodů Amblyospora a Parathelonahia .

Systematické postavení a klasifikace

Od prvního popisu v roce 1857 se postavení taxonu v systému divoké zvěře neustále měnilo. Zpočátku byly mikrosporidie zařazeny do skupiny Schizomycetes , která zahrnovala různé typy kvasinek a bakterií. Poté, na počátku 20. století, byl taxon spolu s dalšími intracelulárními parazity zařazen do skupiny Sporozoa v podskupině Cnidosporidia , kam patří také myxosporidium , a helicosporidium . Ve druhé polovině 20. století se nashromáždilo dostatek dat, která prokázala umělost skupiny Sporozoa a microsporidia byly zahrnuty do skupiny Archezoa , která spojuje jednobuněčné organismy bez mitochondrií. Předpokládalo se, že zástupci této skupiny jsou nejstarší z moderních eukaryot a oddělili se od svého společného předka ještě před získáním mitochondrií. Navzdory skutečnosti, že nyní můžeme uvažovat o mylnosti hypotézy Archezoa a sekundární povaze ztráty mitochondrií mikrosporidií, některé molekulární studie provedené na konci 20. století tuto hypotézu podpořily [4] . Po nárůstu počtu studovaných genů však stále více molekulárních fylogenetických studií prokázalo příbuznost mikrosporidií s houbami. Zároveň se v různých studiích ukazuje, že postavení mikrosporidií vůči houbám je odlišné. Podle výsledků některých studií jsou mikrosporidie součástí hub [16] , nicméně novější práce obvykle identifikují mikrosporidie jako sesterskou skupinu hub [15] [17] . K dnešnímu dni bylo přijato formální zařazení mikrosporidií do taxonu Fungi , ale tento pohled je kritizován mnoha odborníky [3] a je pravděpodobné, že se systematické postavení mikrosporidií dramaticky změní více než jednou.

Klasifikace mikrosporidií podléhá neustálé restrukturalizaci na základě využití nových taxonomických znaků získaných studiem jemné struktury, životních cyklů , cytochemických a molekulárně biologických vlastností nových i známých forem. V klasickém systému postaveném na morfologických rysech se obecně uznává, že typ je rozdělen do dvou tříd, z nichž jedna zahrnuje formy mikrosporidií, které tvoří spory s primitivním vytlačovacím aparátem na konci krátkých životních cyklů, a druhá zahrnuje více komplexně organizované formy s mono- nebo dixenickými životními cykly vrcholící tvorbou jednoho, dvou nebo tří typů spor s dobře vyvinutým vytlačovacím aparátem [18] . Při členění na řády a čeledi je hlavní pozornost věnována stavbě především stadií sporogonie, typu jaderného aparátu, chromozomálním a životním cyklům. Analýza nukleotidových sekvencí ribozomální RNA však ukazuje nepřítomnost spojení mezi klasickými morfologickými znaky a fylogenetickým vztahem mezi druhy mikrosporidií, což vyžaduje revizi významu morfologických kritérií používaných v taxonomii. Použití přístupů molekulární fylogeneze umožňuje rozdělit analyzované formy mikrosporidií do pěti fylogenetických větví, kombinovaných do tří tříd, na základě primárního omezení parazitů v hostitelském prostředí [19] .

Použitá hodnota

Mikrosporidie způsobují ekonomické ztráty v chovech a na včelnicích, jsou původci epizootické nosematózy u včel medonosných ( Apis mellifera ), bource morušového ( Bombyx mori ). Byly popsány případy hromadného úhynu jiných prospěšných bezobratlých, např. slávek Mytilus edulus , ale i různých komerčních druhů ryb [20] .

Zvláštním problémem je lidská mikrosporidióza. Mikrosporidie obvykle způsobují těžké a rychle se rozvíjející oportunní infekce , které se vyskytují na pozadí imunodeficience [21] . Tyto patogeny však mohou být nebezpečné i pro imunokompetentní osoby; bylo prokázáno, že mikrosporidie Encephalitozoon cuniculi , která parazituje na králících, je schopna infikovat člověka s normálním imunitním systémem [20] . Klinické projevy mikrosporidiózy jsou velmi rozmanité a liší se v závislosti na typu mikrosporidií, které jsou původcem infekce . Nejčastějším příznakem je průjem [21] .

Mikrosporidie, parazitující hmyzí škůdci zemědělského, lékařského a veterinárního významu, jsou slibnými prostředky biologické ochrany pro tyto druhy. Některé druhy mikrosporidií komárů způsobují vysokou mortalitu larev, snižují plodnost samic a brání rozvoji několika druhů malarických plazmodií [13] . V roce 1978 byl ve Spojených státech vytvořen první průmyslový biopreparát na bázi mikrosporidií, Nolok, pro boj se škůdci orthoptera , který získal vysoké ekonomické hodnocení díky své nízké ceně, vysoké účinnosti a absenci negativního dopadu na životní prostředí . 13] .

Poznámky

  1. ↑ Microsporidia  / Karpov S. A.  // archeologická kultura Meotian - mongolsko-tatarská invaze. - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2012. - S. 276. - ( Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / šéfredaktor Yu. S. Osipov  ; 2004-2017, v. 20). - ISBN 978-5-85270-354-5 .
  2. ↑ Wittner M., Weiss L.M. Mikrosporidie a mikrosporidióza. - Washington (DC): ASM Press, 1999. - svazek 2. - 553 s.
  3. ↑ 1 2 3 Issy, Voronin, 2007 , str. 996.
  4. ↑ 1 2 3 Keeling P. Pět otázek o mikrosporidiích // PLoS patogeny. - 2009. - Sv. 5, č. 9 . - str. 1-3. - doi : 10.1371/journal.ppat.1000489 .
  5. ↑ Issy, Voronin, 2007 , str. 1002.
  6. ↑ 1 2 3 Issy, Voronin, 2007 , str. 1001.
  7. ↑ Issy, Voronin, 2007 , str. 996-997.
  8. ↑ Beznoussenko GV, Dolgikh VV et al. Analogy Golgiho komplexu v mikrosporidiích: struktura a avesikulární mechanismy funkce  // Journal of Cell Science. - 2007. - Sv. 120. - S. 1288-1298.
  9. ↑ Issy, Voronin, 2007 , str. 997-999.
  10. ↑ 1 2 Issy, Voronin, 2007 , str. 1000.
  11. ↑ 1 2 Dolgikh V. V., Sendersky I. V., Pavlova O. A., Naumov A. M. Jedinečné rysy energetického metabolismu mikrosporidií v důsledku dlouhodobé adaptace na intracelulární vývoj // Parazitologie. - 2011. - T. 42 , č. 5 . - S. 147-157 .
  12. ↑ 1 2 Williams BAP, Elliot C, Burri L, Kido Y, Kita K a kol. Široká distribuce alternativní oxidázy u mikrosporidických parazitů // PLoS patogeny. - 2010. - Sv. 6, č. 2 . - doi : 10.1371/journal.ppat.1000761 .
  13. ↑ 1 2 3 4 Sokolova Yu. Ya., Issi IV Entomopatogenní prvoci a znaky patogeneze hmyzích protozoálních chorob // Patogeny hmyzu: strukturální a funkční aspekty / ed. V. V. Glupová. - M .: Krugly God, 2001. - S. 76-188.
  14. ↑ Issy, Voronin, 2007 , str. 1004-1009.
  15. ↑ 1 2 Karpov Sergey, Mamkaeva Maria A, Aleoshin Vladimir, Nassonova Elena, Lilje Osu, Gleason Frank H. Morfologie, fylogeneze a ekologie aphelidů (Aphelidea, Opisthokonta) a návrh nového nadkmene Opisthosporidia  (anglicky)  // Frontiers Mikrobiologie. - 2014. - Sv. 5, č. 00112 . - doi : 10.3389/fmicb.2014.00112 .
  16. ↑ Keeling PJ, MA Luker, JD Palmer. Důkazy z fylogeneze beta-tubulinu, že se mikrosporidie vyvinuly zevnitř hub  // Mol. Biol. Evol. - 2007. - Sv. 17. - S. 23-31.
  17. ↑ Capella-Gutiérrez S, Marcet-Houben M, Gabaldón T. Fylogenomika podporuje mikrosporidie jako nejranější divergující klad sekvenovaných hub // BMC Biology. - 2012. - Sv. 10, č. 47 . - doi : 10.1186/1741-7007-10-47 .
  18. ↑ Issy, Voronin, 2007 , str. 1016-1047.
  19. ↑ Vossbrinck ČR, Debrunner-Vossbrinck BA Molekulární fylogeneze mikrosporidií: ekologické, ultrastrukturální a taxonomické úvahy // Folia Parasitol. - 2005. - Sv. 52. - S. 131-142. - doi : 10.14411/fp.2005.017 .
  20. ↑ 1 2 Issy, Voronin, 2007 , str. 1014-1015.
  21. ↑ 12 Mikrosporidióza . _ Centra pro kontrolu a prevenci nemocí. Získáno 1. června 2014. Archivováno z originálu 5. června 2014.

Literatura

Odkazy