Бактериальные эндоцитобионты инфузорий (Ciliophora, Protista): биоразнообразие и взаимодействие с клеткой хозяина Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 576.6:579

© 2011: С.И. Фокин, ФНИ "XXI век"

БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ЭНДОЦИТОБИОНТЫ ИНФУЗОРИЙ (CILIOPHORA, PROTISTA): БИОРАЗНООБРАЗИЕ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

С КЛЕТКОЙ ХОЗЯИНА

С.И. Фокин

Санкт-Петербургский государственный университет, С.-Петербург, Россия; Отдел протозоологии Департамента биологии, Университет Пизы, Италия

Эл. почта: sifokin@mail.ru Статья поступила в редакцию 29.04.2011, принята к печати 19.05.2011

Инфузории бывают хозяевами значительного числа бактерий, которые могут занимать практически все клеточные компар-тменты клетки хозяина. Отмечено около 200 видов инфузорий, которые могут быть хозяевами различных внутриклеточных бактерий, что составляет, вероятно, лишь малую часть такого типа эндоцитобиозов в природе. Только для рода Paramecium известно около 60 типов внутриклеточных бактерий. Настоящий обзор посвящен разнообразию эндоцитобионтов инфузорий, их категориям и взаимодействию с клеткой хозяина. Особое внимание уделено эндоцитобиозу Paramecium с высокоинфекционными бактериями Holospora, а также жизненному циклу и жизненным стратегиям взаимодействия бактериальных эндоцитобионтов с клеткой хозяина.

Ключевые слова: бактерии, инфузории, хозяинно-симбионтные отношения, Paramecium, эндоцитобионты.

BACTERIAL ENDOCYTOBIONTS OF CILIOPHORA (PROTISTA): BIODIVERSITY AND RELATIONSHIP WITH THE HOST CELL

S.I. Fokin

Saint-Petersburg State University, Saint-Petersburg, Russia; Unit of Protozoology, Department of Biology, University of Pisa, Italy E-mail: sifokin@mail.ru

Ciliates may be hosts for numerous bacteria, which can occupy almost all cellular compartments of the protists. About 200 ciliate species are reported as hosts of different intracellular bacteria, which, apparently, is a small part of the natural diversity of such type of endocytobiosis. In the genus Paramecium alone, about 60 bacterial species adapted to intracellular life are known. In the present review, data about the variety of endocytobionts, their categories, and interactions with a host cell are presented. Special attention is paid to endocytobiosis of Paramecium with highly infectious bacteria Holospora as well as to the life cycles and strategies of bacterial endonucleobionts.

Keywords: bacteria, ciliates, endocytobionts, host-symbiont interactions, Paramecium.

Вступление

Имя Валентина Александровича Догеля (1882-1955), одной из ключевых фигур в отечественной зоологии первой половины XX в., ученого с широчайшим кругозором, блестящего педагога, выпускника, а позже профессора Зоотомического кабинета Императорского Санкт-Петербургского университета (ИСПбУ) и кафедры зоологии беспозвоночных Ленинградского университета (ЛГУ), члена-корреспондента АН СССР, пользуется в научных кругах широкой и заслуженной известностью.

В.А. Догель по праву считается одним из основателей отечественной протозоологической школы (направления зоологии, изучающего одноклеточные организмы) и новой зоологической дисциплины - экологической паразитологии, созданной им и его учениками в 30-х гг. XX в. Расцвет в советский период сравнительной анатомии беспозвоночных также во многом обязан работам проф. Догеля и его учеников. В конце жизни, что получается далеко не у всех ученых, Валентину Алек-

сандровичу удалось обобщить свои научные искания в фундаментальных монографических трудах: «Общая паразитология» (1947), «Общая протистология» (1951) и «Олигомеризация гомологичных органов как один из главных путей эволюции животных» (1954). Первые две книги в начале 60-х гг. XX в. были отредактированы учениками Валентина Александровича -Ю.И. Полянским и Е.М. Хейсиным - и изданы на немецком и на английском языках (в 1962 г. и 1964г. соответственно). Таким образом, имя В.А. Догеля до сих пор известно и чтимо паразитологами и протистологами далеко за пределами России.

На основании изучения жизни и научного творчества В.А. Догеля [14, 15, 17, 46] можно утверждать, что на протяжении всей жизни Валентин Александрович был увлечен, прежде всего, протозоологией. До конца 20-х гг. XX в. он преимущественно исследовал именно простейших. Интерес к этому разделу зоологии он воспринял от своего учителя, одного из основоположников

215

протозоологического направления исследований в России, проф. В.Т. Шевякова [19] и в свою очередь воспитал плеяду крупных отечественных протозоологов, среди которых были профессора Ю.И. Полянский, А.А. Стрелков, Е.М. Хейсин, Л.Н. Серавин и И.Б. Райков.

Таким образом, тематика этой статьи, хотя и не связана непосредственно с исследованиями самого проф. В.А. Догеля, вполне отражает одно из направлений, традиционно развивавшееся на кафедре зоологии беспозвоночных СПбГУ со времен учителя В.А. Догеля - Владимира Тимофеевича Шевякова (1859-1930). Ю.И. Полянский (1904-1993), один из ближайших учеников В.А. Догеля и тоже прежде всего протис-толог, руководил кафедрой зоологии беспозвоночных ЛГУ с 1955 г. по 1983 г. и был в университетские годы прямым учителем автора этой статьи, которого, следовательно, можно считать «научным внуком» В.А. Догеля и отчасти продолжателем его интересов в области изучения одноклеточных организмов, которые все больше привлекают к себе внимание биологов самых разных специальностей. Кроме того, ряд примеров эндоцитобиоза у простейших (прежде всего Holospora-Paramecium) имеют некоторые признаки паразитарных систем, и их изучение можно связать и с паразитологией - областью основных исследований В.А. Догеля во второй половине его жизни.

В общем плане достаточно сказать, что столь фундаментальная область исследований как эволюционная биология через теорию происхождения эукариотной клетки путем последовательных симбиозов (теория симбиогенеза) оказывается теснейшим образом связанной с современной протистологией и клеточной биологией. Нелишне отметить здесь, что основатель теории симбиогенеза К.С. Мережковский окончил ту же кафедру ИСПбУ что и В.А. Догель, правда, на 24 года раньше, где тоже по преимуществу занимался простейшими (одноклеточными) организмами [16, 48].

Введение

Эндосимбиоз теперь признается первопричиной образования, а отчасти и движущей силой эволюции эукариотной клетки, в результате чего (помимо самого эукариотного уровня организации) возникло значительное число групп протистов: Haptophyta, Heter-okontophyta, Cryptophyta, Euglenophyta и Dinoflagellata [1, 82, 88, 89]. Исследования в этой области фактически открыли новую страницу развития современной теории эволюции, поскольку показали возможность макроэволюции отличным от классического дарвиновского путем [80, 81, 82].

Большое число вопросов, связанных с проблемой становления и функционирования симбиотических систем - молекулярные механизмы индукции эндоцито-биоза, проникновения, распознавания и стабилизации симбионтов в определенном компартменте клетки хозяина, синхронизации жизненных циклов хозяина и симбионта - можно экспериментально исследовать на модельных системах, среди которых представители инфузорий занимают особое место [12, 18, 47]. В свою очередь, среди инфузорий представители рода Paramecium оказываются одними из наиболее удобных объектов [53, 64, 69]. Сравнительно крупные клетки этих простейших (100-200 мкм), легко культивируемые в лабораторных условиях без применения сложных питательных сред, предоставляют исследователю значительный набор фа-

культативных симбионтов-бактерий для подобных исследований [2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 27, 29, 45, 47, 49, 51, 52].

К настоящему времени из природных изолятов разных парамеций (в цитоплазме и ядерном аппарате этих инфузорий) описано около 60 различных микроорганизмов [69], часть из которых, обладая инфекционностью, особенно ценны для экспериментальной работы [12, 53]. В настоящей статье представлен краткий обзор биоразнообразия основных типов бактерий-симбионтов у инфузорий и основной проблематики, связанной с изучением феномена симбиоза между про- и эукариотными клетками на примере Paramecium.

Долгое время наличие симбиотических организмов в составе или на поверхности клетки Protista, соответствующих в широком смысле понятию симбиоз (тесная ассоциация генетически различных индивидуальностей), предложенному де Бари (De Bary) еще в 1879 г., воспринималось как ситуация случайная и нестабильная. Тем не менее, уже в конце XIX - начале XX в. некоторые протистологи оценили возможное общебиологическое значение этого феномена [6, 90]. Приоритетность исследований симбиоза у одноклеточных заключается в том, что протисты - это клетки-организмы и, соответственно, результаты, полученные при их изучении, могут привести к широким обобщениям, значимым не только для клеточной, но и для общей биологии.

Первые упоминания о прокариотах, обнаруженных в клетке инфузорий, относятся еще к середине XIX в. (см. [53]). Ограниченность биологических представлений того времени и примитивная микроскопическая техника не позволили исследователям правильно оценить обнаруженный феномен. Вскоре благодаря работам (1887-1889) O. Бючли (O. Butschli), сделавшим первый обзор паразитов инфузорий, это положение было исправлено (см. [52, 53]).

Внутриклеточные инфекционные бактерии инфузорий, получившие название по правилам бинарной номенклатуры (Holospora obtusa, H. undulata иH. elegans), впервые были описаны в ядрах Paramecium caudatum сотрудником парижской лаборатории будущего нобелевского лауреата И.И. Мечникова [71]. С тех пор работы по бактериальным инфекциям инфузорий изредка появлялись в печати, но носили характер случайных находок. Тем не менее, к середине XX в. был уже накоплен существенный объем данных о разнообразии форм эндоцитобиоза у Protozoa и, в том числе, у инфузорий [26, 78].

Определенную роль в росте интереса к прокариоти-ческим симбионтам инфузорий сыграли исследования киллерных свойств парамеций, зараженных некоторыми бактериями [12, 47, 67, 69]. С усовершенствованием микроскопической техники, с появлением электронного микроскопа и особенно после возрождения и развития теории симбиогенеза [1, 88, 89], изучение феномена эндоцитобиоза у простейших приобрело значительный размах. Был предложен даже специальный термин -«эндоцитобиология». С ростом интереса к этой проблеме в последней четверти XX в. стало очевидно, что в большинстве групп простейших отсутствие симбионтов, особенно бактериальных, является скорее исключением. К богатым бактериальными симбионтами таксонам относится среди некоторых других и тип Ciliophora [12, 47, 70, 94, 95].

Симбиоз у инфузорий дает примеры разнообразных комбинаций этих простейших с прокариотами. Оче-

216

видно, некоторые особенности Ciliophora (например, почти исключительно распространенный у них фаго-трофный тип питания) создают предпосылки для возникновения симбиоза с бактериями. Характер взаимодействия между партнерами в симбиотических системах Ciliophora далеко не всегда подробно исследовался, но, очевидно, они могут представлять все переходы от паразитизма до мутуализма [64, 65, 66, 67].

В последние 35 лет симбиозу у инфузорий, особенно внутриклеточному, уделялось значительное внимание. Разнообразие симбионтов, адаптации и взаимоотношения партнеров в симбиотической системе, экологическая и эволюционная значимость симбиоза у инфузорий, механизмы инфекции - вот только часть вопросов изучаемых на представителях Ciliophora [12, 47, 53].

Бактериальные эндобионты могут заселять все основные компартменты клетки инфузорий: они встречаются в кортексе, эндоплазме, макро (Ма)- и микронуклеусах (Ми), в перинуклеарном пространстве и даже в митохондриях [12, 54, 60]. Для клетки хозяина, за некоторыми исключениями, такое сожительство факультативно и, как правило, лишь незначительная доля клеток части популяций вида может быть заражена бактериями. Правда, некоторые популяции могут быть полностью инфицированными [60]. Однако следует оговорить то, что, как правило, симбиоз инфузорий с бактериями глубоко не исследовался, и наличие бактерий в том или другом клеточном компартменте часто лишь упоминается при описании морфологии инфузорий, без попыток какого-либо анализа характера взаимоотношений в системе.

Очевидно, что подавляющее большинство эндобион-тных бактерий, обнаруженных в инфузориях, не может существовать вне хозяина и, следовательно, для них симбиоз с эукариотической клеткой хозяина является об-лигатным. Поддерживать эти микроорганизмы вне тела инфузории обычно не удается даже на весьма сложных искусственных средах [70], что приводит к значительным трудностям при их молекулярно-биологическом и биохимическом исследовании. Последняя проблема может быть теперь решена с использованием сравнительного анализа последовательностей рРНК на основе полимеразной цепной реакции (PCR) и флуоресцентной гибридизации in situ со специфическими олигонук-летотидными пробами (FISH) [47, 51, 53, 58, 59, 69]. Исключение составляют метаногенные бактерии, обычные в цитоплазме многих анаэробных инфузорий. Они (по крайней мере, представители родов Methanobacterium и Methanoplanus) могут культивироваться и вне тела хозяина [30, 31] и таким образом поддаются исследованию классическими микробиологическими методами.

Инфекционная способность некоторых бактерий-эн-добионтов инфузорий (прежде всего Holospora) позволяет не только поддерживать, но и воссоздавать симбио-тическую систему в лабораторных условиях. Значительный набор холоспор или Holospora-подобных бактерий, известный к настоящему времени (12 видов, инфицирующих 7 видов парамеций), возможность лабораторного заражения холоспорами апосимбиотических клеток парамеций и экспериментального конструирования сочетаний, в которых эндобионты и хозяева имеют различные морфологические и генетические особенности, делает эту симбиотическую систему очень удобной для решения ряда важных вопросов протистологии, симбионтологии и клеточной биологии [2, 3, 53, 70]. Наличие такой экспе-

риментальной системы открывает широкие перспективы для изучения как особенностей эндоцитобиоза у данной группы простейших, так и (в общебиологическом плане) симбиоза вообще. Поэтому уже длительное время в качестве основной модели для изучения взаимодействий про- и эукариотических партнеров по симбиозу используется именно система Paramecium - бактерии рода Holospora [2, 3, 53, 67, 99, 100].

Пример инфузорий рода Paramecium, для которых уже выявлено около 60 разнообразных внутриклеточных бактерий, говорит об удивительном многообразии форм эндоцитобиоза у представителей Ciliophora. Лишь незначительная часть видов инфузорий была до сих пор исследована на наличие эндоцитобионтов, и далеко не все отмеченные симбиотические системы на основе клетки инфузорий могут устойчиво поддерживаться в лабораторных условиях. Таким образом, надо думать, что нам предстоит еще обнаружить в природе и исследовать немало новых интересных примеров взаимодействия между про- и эукариотами в рамках симбиотической системы инфузории-бактерии.

Инфузории как потенциальные хозяева эндоцитобионтов

А. Разнообразие инфузорий

Инфузории - ресничные простейшие, число свобод-ноживущих видов которых в современной фауне достигает, по разным оценкам, от 3 до 30 тысяч [18, 39, 40, 41] и, как правило, принимается равным 8-9 тысячам видов [32, 87]. Число эндокомменсалов и паразитов среди представителей типа Ciliophora обычно оценивается в 30% от общего числа, хотя, как и общее количество, оно не определено точно [33, 41].

Значительная и еще мало изученная почвенная фауна инфузорий и многочисленные описания новых таксонов этих протистов из экзотических мест обитания и малоисследованных районов земного шара [42] дают основание думать, что цифра 30 тысяч, если иметь в виду всех Ciliophora, не слишком далека от реальности.

Несмотря на значительный полиморфизм представителей этого типа, инфузории - одна из наиболее гомогенных групп в царстве Protista [18, 87]. Это преимущественно гетеротрофные формы, принадлежность которых к инфузориям определяется несколькими достаточно четкими морфологическими и биологическими признаками. Инфузории - преимущественно свободноплавающие повсеместно распространенные одиночные простейшие, хотя встречаются виды-эндемики и разнообразные прикрепленные и колониальные формы. Комменсальные (экто- и эндо-) и паразитические виды могут заселять различные компар-тменты тела многочисленных беспозвоночных и позвоночных животных, а также некоторых простейших. Размер клетки инфузорий существенно варьирует, и среди представителей типа встречаются как действительно микроскопические клетки с линейными размерами, не превышающими 10 мкм (некоторые Colpodea и Oligohymenophorea), так и хорошо видимые простым глазом «гигантские» Spirostomum ambiguum и Bursaria truncatella, достигающие длины в 3-4 мм [32, 87]. Столь же сильно варьирует и форма тела инфузорий.

Инфузории занимают самые разнообразные экологические ниши и, как уже было сказано, могут становиться экто- и эндокомменсалами и паразитами

217

других одно- и многоклеточных животных. В свою очередь, многие СШорИога служат хозяевами для бактериальных экто- и эндобионтов, так же как грибов, водорослей и других простейших. Свободноживущие формы встречаются повсеместно: в любых пресных, солоноватых и полносоленых морских водах как постоянного, так и временного характера. Пруды, реки, озера (в том числе соленые и гипер соленые), моря, болота, лужи и заплески, песок, почва, лесная подстилка, листья и кора деревьев, тающий лед - вот далеко не полный перечень экологических ниш, занимаемых инфузориями. Очевидно, что распространение и число активных форм инфузорий в целом ограничивается (помимо присутствия некоторого количества воды) только температурой, которая должна быть выше точки замерзания, и наличием пищи. Встречаемость покоящихся стадий этих простейших - цист - еще шире.

Подавляющее большинство инфузорий - гетерот-рофы, хотя некоторые могут постоянно поддерживать в качестве симбионтов зеленые водоросли или хлороп-ласты, принадлежавшие съеденным простейшим, и получать необходимое питание за счет этих фотосинтетиков [67, 84]. В отношении питания представители СШорИога также демонстрируют значительное разнообразие: среди них есть бактерио-, альго- и фунгиофа-ги, растительноядные, хищники, гистофаги и каннибалы (редко и часто временно), причем встречаются как полифаги, так и олиго- и даже стенофаги. В то же время сами инфузории играют важную роль в пищевых цепях, служа добычей для многих мелких водных беспозвоночных. Обилие инфузорий как в планктоне, так и в бентосе приводит к тому, что им принадлежит значительная роль в круговороте азотистых соединений во всех типах водных (а часто и почвенных) экосистем [25, 36].

Экологические и пищевые предпочтения инфузорий, по-видимому, играют значительную роль в возможности появления и в разнообразии их эндоцитобиозов с бактериями. Среди протистов инфузории, несомненно, главные бактериальные консументы [18, 36].

Почти исключительный путь попадания потенциальных эндоцитобионтов в клетку инфузории - заглатывание их вместе с пищей (или в качестве пищи). Ввиду этого обстоятельства, потенциально наиболее перспективная для установления эндоцитобиоза пищевая стратегия инфузорий - это фильтрация, а наиболее подходящие экониши - места скопления максимально разнообразных бактерий. В редких случаях инвазия клетки хозяина-инфузории может, видимо, осуществляться и помимо процесса питания - непосредственно через пелликулу [47, 103].

Б. Клетка инфузорий как микрокосм для потенциальных симбионтов

Сравнительно крупная клетка инфузорий представляет для бактерий-вселенцев хорошо структурированную обширную экосферу (микрокосм), защищенную от внешних воздействий и содержащую значительные запасы веществ и энергии, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов. Главной (и почти единственной) опасностью для потенциальных эндоцитоби-онтов в этом «микромире» являются литические ферменты лизосом хозяина, атаке которых подвергается все содержимое пищеварительных вакуолей-фагосом спустя короткое время после их образования [23, 43]. Следовательно, главная задача, которую должны решить

бактерии, чтобы стабилизироваться в клетке инфузории в качестве эндоцитобионтов, - это избежать лизосом-ной угрозы. Во многих случаях симбионты оказываются защищенными от лизосом, локализуясь в участках клетки инфузории, топологически не связанных с пребыванием и действием литических органелл: кортекс, ядерный аппарат и его перинуклеарное пространство, а также митохондрии - это компартменты, где отсутствуют пищеварительные ферменты. В кортексе (эктоплазме) отсутствуют и их носители - лизосомы, а слияние последних с мембранами оболочки ядер и митохондрий невозможно [23, 43]. Таким образом, перечисленные компартменты относятся к наиболее безопасным для бактерий. К тому же они обеспечивают микроорга-низмам-вселенцам ряд дополнительных преимуществ. Находясь в саморепродуцирующихся органеллах (ядрах и митохондриях) или клеточных структурах (кор-текс), бактерии с высокой степенью вероятности будут сохраняться в потомстве зараженной клетки-хозяина. Условия существования эндоцитобионтов в упомянутых компартментах наиболее стабильны в структурном и биохимическом плане, а пищевые ресурсы, необходимые симбионтам (по крайней мере в ядрах), очевидно максимально разнообразны. Тем не менее, во все перечисленные компартменты бактериям надо еще попасть из фагосом. В этой ситуации существенной адаптацией для бактерий, лишенных в большинстве случаев собственной подвижности, может быть возможность использования для перемещения к месту окончательной локализации мембранных потоков хозяина, направленных к ядрам и существующих между аппаратом Гольджи, ядрами и кортексом [2, 3, 23, 99, 100].

В эндоплазме, где лизосомная угроза реальна, бактерии, если они не обладают преадаптивной устойчивостью к перевариванию, «вынуждены» каким-то образом модифицировать первичную симбионтофорную вакуоль (фагосомную мембрану) или вызывать появление вокруг нее дополнительных ретикулярных образований хозяина, препятствующих слиянию с лизосомами [12]. Возможен также переход эндоцитобионтов в цистерны эндоплазматического ретикулюма [12, 47]. Несмотря на значительный риск пребывания в цитоплазме, существенная часть эндоцитобионтов инфузорий (около 60-65%) описана именно в этом компартменте [12, 47]. Очевидно, в цитоплазме мы сталкиваемся как с хорошо адаптированными «старыми» симбионтами, так и с недавно попавшими к клетку (случайными или «молодыми») эндобионтами, так как единственный путь колонизации любых компартментов клетки лежит через ее цитоплазму [58]. Пример х-бактерий из цитоплазмы амеб показывает, впрочем, что адаптация в симбиотической системе «прокариоты - клетка протиста» может наступать весьма быстро - за 200 клеточных делений [75, 76]. Для большинства инфузорий (в лабораторных условиях) это всего 2-3 месяца.

В. Бактериальный эндоцитобиоз у инфузорий: правило или исключение?

Как показывает материал сводок по симбиозу у Protozoa, это явление широко распространенное среди большинства групп протистов [26, 70, 94]. Многообразие экологических ниш, занимаемых инфузориями, и особенности пищевых стратегий и предпочтений этих простейших предполагают, что эндоцитобиоз с бактериями может возникать в различных систематических (а пре-

218

жде всего экологических) группах инфузорий, но далеко не с равной вероятностью. К настоящему времени бактериальные симбионты отмечены в клетках около двухсот видов Ciliophora [12, 47, 66], что, конечно, составляет лишь мизерную часть всех существующих инфузорий. Следует подчеркнуть, что исследования, специально ориентированные на установление разнообразия систем бактерии-инфузории, до сих пор не проводились.

В качестве исключения можно, по-видимому, назвать только род Paramecium, представители которого служат модельными объектами для разнообразных исследований вот уже более 200 лет [13, 55, 56, 91, 111] и, в том числе, более 100 лет используются для изучения эндоцитобиоза у инфузорий [53, 70, 94, 95]. Таким образом, парамеции, у ряда видов которых внутриклеточные бактерии встречаются очень часто, могут выступать, в известной степени, как пример (и отражение) общей ситуации с бактериальным эндо-цитобиозом у Ciliophora. Очевидно, что для части других инфузорий отсутствие сведений о бактериальных симбионтах может быть лишь следствием плохой изученности протистов в этом отношении.

Возвратимся, в качестве примера, к хорошо изученным в отношении внутриклеточных бактерий представителям рода Paramecium. У этих инфузорий есть как типично пресноводные, так и эвригалинные виды, космополиты и эндемики, обитающие в холодном, умеренном или тропическом климате [56, 112]. Так, среди 15 очень близких биологических видов (сингенов) комплекса P. aurelia, обладающих весьма сходной экологией [95, 111], у части бактериальные симбионты встречаются как правило, а у других представителей до сих пор не обнаружены [12, 70, 111]. Среди представителей того же комплекса видов, например, известен лишь один внутриядерный симбионт - H. caryophila, и найдена одна перинук-леарная бактерия [47], в то время как у филогенетически близкого вида P. caudatum в ядерном аппарате могут обитать 10 различных микроорганизмов, а у ближайшего к P. aurelia комплексу (сестринского вида) - P. jenningsi ядерный бактериальный эндоцитобионт найден только в этом году. Характерно, что у парамеций к настоящему времени найдены эндоцитобиозы, в которых бактерии заселяют практически все возможные клеточные ком-партменты: цитоплазму, макронуклеус, микронуклеус и перинуклеарное пространство [12, 70]. Экстраполируя эту ситуацию на весь тип Ciliophora можно сказать, что, вероятно, для многих групп инфузорий наличие внутриклеточных бактерий достаточно обычно, то есть является скорее правилом, чем исключением. Однако существуют группы (например, Suctoria, Colpodea), где, вследствие особенностей питания инфузорий, их экологии (или каких-то других неизвестных причин), явление эндоцитобиоза не получило широкого распространения, что подтверждается анализом работ по морфологии представителей этих групп инфузорий.

Тем не менее, нет ни одного класса Ciliophora, где внутриклеточные бактерии не были бы обнаружены [47].

Следует отметить, что и в пределах классов Ciliophora группы протистов (часто даже близкородственные и сходные по экологии) демонстрируют абсолютно различную «восприимчивость» к бактериальной инвазии. Так, большая часть всех бактерий из клеток представителей Oligohymenophorea описана, как уже отмечалось, для рода Paramecium (все возможные клеточные компартменты, исключая митохондрии), а для

сравнительно филогенетически близких к парамециям Hymenostomatida (которые также достаточно хорошо исследованы) известны лишь единичные случаи инвазии цитоплазмы [47].

По-видимому, очень широко распространены (если не обязательны) бактериальные эндоцитоби-озы у многих инфузорий-анаэробов, представителей класса Armophorea и отряда Entodiniomorphida, класса Lytostomatea [33, 37, 85]. Весьма обычны ци-топлазматические бактерии у эндокомменсальных инфузорий отрядов Pleuronematida и Thigmotrichida (Oligohymenophorea). У некоторых видов (Ancistrum mytili) или в группах видов (Euplotes) бактериальные симбионты присутствуют всегда [12, 47, 54, 72].

Для того чтобы охарактеризовать разнообразие возможных бактериальных эндоцитобиозов, обратимся к ряду примеров нахождения микроорганизмов в различных компартментах клетки Ciliophora.

Случаи нахождения бактерий в кортексе инфузорий пока немногочисленны. Однако даже в этом узком слое эктоплазмы симбионты могут занимать различные микрониши: альвеолы, субкинетосомный слой и пограничный слой между экто- и эндоплазмой [12, 47, 58].

Многообразие форм микроорганизмов в эндоплазме Ciliophora инфузорий очень велико. Они встречаются во всех группах инфузорий, образуя c некоторыми видами хозяина постоянный симбиоз [12, 37, 47]. Большинство из них отделено от клетки хозяина симбионто-форной вакуолью, но нередки находки «голых (naked)» бактерий, а также микроорганизмов, локализованных в цистернах эндоплазматического ретикулюма. Как правило, эндоцитобионты лишены в клетке хозяина подвижности, хотя некоторые имеют жгутики, но только в редких случаях бактерии могут активно плавать в цитоплазме [47]. Некоторые факультативные симбионты разных видов инфузорий сообщают хозяину свойства убийц (killer) или спаривающихся убийц (mate-killer) -способность дистанционно или при коньюгационном контакте убивать клетки того же или близкородственных видов, не имеющих этих симбионтов [10, 47, 60, 95].

Находки бактерий в составе митохондрий протистов исключительно редки. Все они были сделаны у различных в филогенетическом отношении протистов: дино-флагеллаты Woloszynskia pascheri и инфузорий Halteria geleiana, Urotricha ovata и Spirostomum minus [47, 60].

Присутствие бактерий в перинуклеарном пространстве долгое время считалось весьма экзотической локализацией эндоцитобионтов. На самом деле это явление достаточно распространенное среди протистов вообще и инфузорий в частности [54], но мелкие размеры таких бактерий затрудняют их обнаружение при светоопти-ческом изучении.

Количество примеров бактериальной инфекции элементов ядерного аппарата инфузорий, макронуклеуса (Ма) и микронуклеуса (Ми) несколько уступает распространению симбионтов в цитоплазме этих протис-тов, но, несомненно, заражение нуклеоплазмы является обычным для представителей большинства классов Ciliophora [12, 56]. Как правило, бактерии отмечались в Ма. В генеративном ядре (Ми) находки эндобионтов значительно более редки - в большинстве случаев бактерии были описаны в крупных (низкополиплоидных или гетероплоидных) Ми двух парамеций - P. caudatum и P. bursaria [2, 13, 45, 47, 71]. Свыше 15 из найденных внутриядерных бактерий имеют жизненный цикл,

219

представленный двумя морфологическими формами, и, очевидно, эти бактерии являются инфекционными, хотя такое свойство в эксперименте доказано только для некоторых из них [45, 47, 49, 50].

Следует отметить, что достаточно часто в клетках инфузорий обнаруживается множественная бактериальная инфекция [12, 65, 66, 69]. Причем несколько микроорганизмов в таких системах могут как занимать один и тот же клеточный компартмент, так и поселяться в разных компартментах хозяина: разные отделы цитоплазмы, цитоплазма и митохондрии, цитоплазма и ядра, цитоплазма, перинуклеоплазма и ядра, разные ядра, разные бактерии в одном ядре [60, 61, 62, 66].

Категории эндоцитобионтов

В соответствии с предположительной глубиной адаптаций в системе бактерии - клетка инфузории и, следовательно, стабильностью обнаруженных систем можно выделить три группы симбиозов: случайный, постоянный и высокоинфекционный. Оценка интимных взаимоотношений хозяина и симбионтов обычно затруднена, и часто бывает трудно, если вообще возможно, сказать, является ли данная бактерия паразитом, комменсалом или истинным симбионтом инфузории (в узком смысле этого термина). В этой ситуации предложенное деление [64, 65] представляется нам оправданным, хотя также не всегда точно может описать реальный характер эндоцитобионтной системы.

A. Случайные эндоцитобионты

Эта категория бактериальных эндоцитобиозов -"accidental invasions" [62, 65, 66], по сути, представляет собой разнокачественную, сборную группу. В нее попадают ассоциации, которые были обнаружены лишь однажды, что может иметь разную подоплеку. Это могут быть действительно случайные («молодые») эндоцитобионты, которые плохо адаптированы и потому не в состоянии, по разным причинам, долго поддерживаться в клетке хозяина. Например, это могут быть патогенные микроорганизмы, которые быстро вызывают гибель хозяина и, соответственно, распад симбиотической системы; или случайно попавшие в Ма пищевые бактерии, которые за счет неограниченного размножения приводят к разрушению ядра и также к гибели клетки хозяина.

Б. Постоянные (необходимые) эндоцитобионты

К этой категории могут быть отнесены случаи, когда у инфузории всегда присутствуют определенные бактерии (облигатные системы), а также и факультативные системы инфузории-бактерии, неоднократно выявляемые в географически удаленных друг от друга популяциях Ciliophora [65, 66]. Очевидно, такие симбионты хорошо адаптированы к хозяину и не являются для него патогенными. Встречаемость одинаковых симбиотических систем в разных природных популяциях на фоне существования апосимбионтных или смешанных популяций того же вида инфузорий может указывать на инфекционную природу эндоцитобион-тов входящих в такие ассоциации. Однако большинство бактерий из подобных симбиотических систем не могут инфицировать апосимбионтных хозяев в лабораторных условиях [12, 66]. Стало быть, их инфекционная способность низка, или же экспериментальные условия лаборатории не соответствуют необхо-

димым (и существующим в природе) для успешной инфекции. Возможно, что имеет место и то и другое. К этой группе принадлежат многочисленные симбионты цитоплазмы инфузорий комплекса P aurelia [70, 94, 95] и ряд эндоцитобионтов P caudatum [12, 47, 70], а также макронуклеарные бактерии Spirostomum, Neobursaridium и некоторые другие [47, 59].

Постоянный симбиоз с бактериями, когда все клетки любой популяции заражены определенным видом микроорганизмов, до сих пор известен только для значительного числа пресноводных видов рода Euplotes [70, 72], а также для значительной доли анаэробных инфузорий класса Armophorea и представителей Entodiniomorphida и Vestibuliferida (Litostomatea) -специфической фауны рубца жвачных [31, 37, 112]. Однако не следует забывать, что постоянный симбиоз, как в случае с Amoeba proteus и x-бактериями [75, 76], может возникнуть за короткий промежуток времени в локальной популяции простейшего. Все бактерии, относимые к категории постоянных симбионтов, представлены в клетках хозяев-инфузорий только вегетативными формами.

В. Высокоинфекционные эндоцитобионты

Микроорганизмы-симбионты инфузорий, обладающие выраженной инфекционной способностью, принадлежат по большей части к роду Holospora и распространены среди нескольких видов Paramecium и Frontonia [2, 13, 18, 45, 50, 53, 65, 66, 70]. Обладая жизненным циклом, который включает инфекционную и вегетативную (репродукционную) стадии, холоспоры развиваются исключительно в ядерном аппарате инфузорий, приводя часто к гипертрофии Ма или Ми [2, 12] (рис. 1). Получив название по правилам бинарной номенклатуры в конце XIX в. [71], эти бактерии составляют сейчас группу из 12 видов [49, 50, 70], хотя некоторые из них следует рассматривать как Holospora-подобные бактерии [49, 50] (рис. 2). Действительно, помимо бактерий описанных как Holospora, в природных популяциях разных инфузорий нередко встречаются симбионты, также обладающие жизненным циклом, включающим две контрастно различающиеся (размеры, клеточная дифференци-ровка) морфологические формы. Подобные эндонук-леобиозы были отмечены для Ма Paramecium, Stentor, Spirostomum, Metopus, Trithigmostoma, Balantidium, Prorodon, Zoothamnium, Trichodina и Vorticella [47, 53, 59] (рис. 2).

Стабильность эндоцитобиозов

А. Природные популяции

Данные о наличии и динамике бактериального заражения в природных популяциях инфузорий немногочисленны и касаются, прежде всего, метаногенной инфекции инфузорий сапропеля, холоспор и симбионтов инфузорий комплекса видов P aurelia [37, 64, 65, 83, 95]. Метаногенные бактерии постоянно встречаются в цитоплазме большинства видов инфузорий, обитающих при недостатке или отсутствии кислорода и, прежде всего, в сапропеле, что, по-видимому, определяется специфическими и стабильными условиями этой экониши в любых районах земного шара, а также заменой у этих простейших митохондрий на гидроге-носомы [30, 31, 37]. По современным данным частота

220

Рис. 1. Клетки Paramecium, зараженные различными Holospora: a — P. putrinum (Holospora sp. в Ма); б — P. caudatum (H. elegans); в — P. caudatum (H. obtusa); г — P. caudatum (H. undulata); д — P. bursaria (H. curviuscula); e — P. biaurelia (H. caryophila). Инфекционные формы - H. obtusa (ж); H. undulata (з); Н. bacillata (и).

Живые клетки, интерференционный контраст. Размеры указаны в микрометрах.

Рис. 2. Holospora-подобные бактерии в макронуклеусах разных инфузорий: а — Frontonia salmastra; б — Prorodon teres; в — Tritigmastoma cucullulis.

Живые клетки, интерференционный контраст. Размеры указаны в микрометрах.

._-

Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера», 2011, т.3, №2 221

встречаемости большинства других симбионтов (кроме цитоплазматических бактерий у Euplotes и некоторых других обязательных эндоцитобионтов) достаточно низка. Целенаправленные поиски, однако, обычно оказываются успешными [47].

Представители рода Holospora до сих пор были обнаружены в Северном полушарии (Евразия и Северная Америка), преимущественно в местах с умеренным климатом [12, 47, 53]. Правда, последняя находка Holospora-подобных бактерий в Ма P. jenningsi (о. Самуй, Таиланд) была сделана под 9° с.ш., то есть очень близко к экватору.

В некоторых популяциях хозяина P. caudatum инфекция отмечалась стабильно на протяжении многих лет, достигая нескольких десятков процентов, в других была обнаружена лишь однажды, несмотря на неоднократные последующие попытки выделения зараженных клеток [47]. Создается впечатление, что временная динамика распространения холоспор носит характер эпидемий: в некоторые годы число зараженных популяций заметно возрастает, а потом зараженные клетки надолго становятся редкостью. То же можно сказать и о частоте встречаемости некоторых других внутриклеточных бактерий: Caedibacter, Nonospora, Pseudolyticum [47, 53].

Экспериментальные лабораторные исследования показывают, что, по-видимому, важной функцией инфекционных бактерий в природных популяциях инфузорий может быть увеличение бактериального разнообразия путем интродукции в ядерный аппарат (а может быть и в цитоплазму) своих хозяев бактерий, не имеющих собственной инфекционности [53, 56, 65].

Б. Лабораторные культуры

Стабильность эндоцитобиотических систем инфузории-бактерии в лабораторных условиях до сих пор планомерно не изучалась. Имеющиеся факты по преимуществу относятся к зараженным инфузориям различных видов Paramecium, выделенным в лабораторную культуру в зараженном состоянии или экспериментально инфицированными. Очевидно, что на стабильности поддержания внутриклеточных бактерий сказываются особенности симбиотических систем и ряд факторов, вкратце рассмотренных выше: категория эндоцитоби-оза и, следовательно, уровень взаимоадаптаций клетки хозяина и бактерий, их комплементарность (для экспериментальной инфекции), условия культивирования. Отдельные из перечисленных факторов или их совокупность могут существенно влиять на стабильность выделенной из природы или возникшей в лаборатории симбиотической системы. В случае сложных эндоцито-биозов (с несколькими видами микроорганизмов) стабильность системы может зависеть от комплементар-ности или антагонизма входящих в нее бактерий [12, 60].

Самыми существенными факторами, определяющими стабильность системы инфузория-бактерии в лабораторных условиях, вероятно, являются температура культивирования и режим питания. Часто распад эндоцитобиоза (исчезновение из клетки бактерий-симбионтов) при 25°С вызван несоответствием темпа деления хозяина и бактерий [12, 70]. С другой стороны, многие бактерии стабильно поддерживаются в клетке хозяина в очень широком интервале температур и пищевого рациона зараженных инфузорий, что может указывать на синхронизацию темпов размножения симбионтов и их хозяев [47, 56, 65].

Филогенетические связи и таксономия эндоцитобионтов

Классификация эндоцитобионтов традиционно основывается на следующих характеристиках: морфологии и киллерной способности, хозяин-ной и (или) ядерной специфичности, доле аминокислотных оснований (G+C) в молекуле ДНК, определенной разными способами, межштаммовой ДНК/ДНК гибридизации. Поскольку большинство внутриклеточных бактерий не может поддерживаться вне клетки хозяина, их характеристика, основанная на метаболизме и особенностях роста, обычно используемая для свободноживущих бактерий, невозможна. В ряде случаев (Holospora, Caedibacter) для предварительной идентификации эндоцитобионтов достаточно только данных световой микроскопии, но, как правило, необходимы и результаты ультраструктурного анализа. Более того, как показывают последние исследования (см. ниже), возможно существование филогенетически неродственных бактерий с весьма сходной морфологией и некоторыми биологическими признаками. При «бедных» морфологии и биологии - отсутствии набора черт, отличающих данного симбионта от других бактерий, идентификация с использованием традиционных методов затруднительна.

В настоящее время установление филогенетической позиции микроорганизмов стало возможным благодаря современным молекулярно-биоло-гическим методам [24, 53]. Однако пока только для немногих видов эндоцитобионтов инфузорий получены полные нуклеотидные последовательности гена 16S rRNA [24, 34, 49, 105].

Для некоторых бактерий принадлежность к той или иной группе микроорганизмов была установлена (или подтверждена) по результатам флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) c соответствующими олигонуклеотидными пробами [47, 53].

Классификация эндоцитобионтов Ciliophora разработана преимущественно для бактерий инфицирующих Paramecium [70, 93, 94, 95, 96]. В ранний период исследований обнаруженные микроорганизмы называли, за редким исключением, буквами греческого алфавита [2, 94, 95]. Связь обнаруженных внутриклеточных бактерий с другими группами микроорганизмов не обсуждалась. Позднее была проведена ревизия рода Holospora [69], и было высказано предположение, что инфекционные симбионты Paramecium должны быть отнесены к отряду Rickettsiales [70]. Ва-лидность введенных в ряде публикаций биноминальных названий эндоцитобионтов Paramecium была подтверждена в работе Р. Квакенбуша (R. Quackenbush) [96]. Наиболее подробный анализ разнообразия и таксономии внутриклеточных бактерий Ciliophora проведен в обзоре Х-Д. Герца и Х. Шмидта (H.-D. Görtz and H. Schmidt) [70]. Ими выделено семейство Holosporaceae, относящееся к а-подгруппе протеобактерий с единственным родом Holospora.

Место в системе и филогенетические связи большинства обнаруженных до сих пор бактериальных эндобионтов Ciliophora к настоящему времени еще не установлены.

222

Устойчивость инфузорий к бактериальной инфекции

Анализ зараженности популяций P. caudatum различными видами холоспор на территории бывшего СССР по результатам многолетних сборов дает общую цифру 3%, а для многих регионов даже ниже [47]. При высокой инфекционности представителей Holospora это должно означать, что во многих случаях потенциальные хозяева этих бактериальных эндонуклеобионтов резистентны к инфекции. Даже при экспериментальном заражении доля клеток способных поддерживать инфекцию не всегда соответствует 100% и в случае, когда изначально все клетки оказываются инфицированными [21, 22]. Очевидно, можно говорить о существовании определенных механизмов, защищающих инфузории от бактериальной инфекции [47, 61, 65, 66].

Долгое время исследователи оценивали возможность поддержания инфекции клеток Paramecium холоспорами только по стабильному заражению -спустя неделю после инфекции [2]. В ходе таких работ было установлено, что часть клонов, а вероятно и популяций хозяина, оказываются невосприимчивы к инфекции. Число таких клонов было весьма значительно для H. undulata - 22% и сравнительно невелико для H. obtusa - 9%, хотя для другого штамма H. obtusa и выборки клонов P. caudatum была обнаружена значительно более высокая доля резистентных линий клеток-хозяев - 41% и даже 60% [60].

Установление конкретных этапов, на которых инфекция блокируется, потребовало последовательного анализа начальных этапов заражения (от фа-госомы до попадания в ядро) и ситуации во вновь зараженных ядрах в течение нескольких суток после начала экспериментальной инфекции [12, 60, 61]. Оказалось, что невозможность заражения парамеций бактериями Holospora или стабильного поддержания инфекции в ядре может быть связана с нарушениями на большинстве из начальных этапов инвазии [5, 12, 60]. Клетки некоторых клонов P. caudatum, выделенных из природы, не способны заглатывать инфекционные формы холоспор, по-видимому вследствие пищевой селекции [5, 21, 22, 61, 97]. Блокирование инфекционного процесса также было обнаружено на фагосомной стадии (невозможность выхода холоспор в цитоплазму) и на цитоплазматической стадии - невозможность проникновения бактерий в ядро [5, 47, 60]. Даже проникновение микроорганизмов в ядро (Ма или Ми) не гарантирует еще создания симбиотической системы, так как бактерии могут быстро лизиро-ваться в кариоплазме и (или) не давать репродуктивных форм [4, 5, 47]. Причины перечисленных случаев резистентности, очевидно, связаны с генетическими особенностями клетки хозяина и с некомплементарностью клеток конкретных клона инфузории и штамма бактерий [4]. Так, иногда система не может возникнуть при использовании для заражения одного штамма бактерий H. undulata, но тот же клон инфузории может инфицироваться другим изолятом этой холоспоры [12, 47, 53]. Для резистентных клонов, обладавших способностью к лизису H. undulata в Ми, был показан генетический контроль над этим процессом со стороны Ма клетки-хозяина [4, 5, 12, 47, 97].

Жизненный цикл хозяина и стратегии эндоцитобионтов

Основные жизненные стратегии симбионтов должны обеспечивать стабилизацию в клетке хозяина, поддержание инфекции в ряду его поколений и (если речь идет о паразитических бактериях) осуществление инвазии новых хозяев. Соответственно этим задачам жизненные циклы эндоцитобионтов могут упрощаться или усложняться, а сами бактерии должны преобретать определенные адаптации.

У большинства эндоцитобионтов инфузорий жизненный цикл не изучен, поскольку, по крайней мере в лабораторных условиях, они лишены инфекционности. Скорее всего, он редуцирован до репродуктивной стадии. В клетке хозяина, вне которой бактерии долго существовать не могут, такие симбионты обычно поддерживаются за счет вегетативного размножения, скорость которого, по-видимому, скоррелирована во многих случаях с темпом деления хозяина [12, 64, 66]. Популяция этих микроорганизмов всегда представлена бактериями со сходной морфологией - репродукционными формами.

Для большинства киллерных бактерий наряду с типичными репродукционными формами в популяции присутствует некоторая (иногда очень значительная) доля клеток, содержащих рефрактивные тела (R-bodies) или другие цитоплазматические включения, связанные очевидно с killer-свойствами. Такие бактерии не способны в большинстве случаев к дальнейшему делению [52, 92, 95].

Многократные находки одних и тех же бактерий в географически изолированных популяциях хозяина дают основания считать, что в природе они обладают некоторой инфекционностью или могут попадать в клетки новых хозяев-инфузорий за счет коинфекции с другими, инфекционными формами [12, 56, 65]. Способ попадания таких неинфекционных (или слабоинфекционных) бактерий из клетки хозяина во внешнюю среду не изучен. Очевидной возможностью для этого является гибель зараженной клетки.

Известно несколько примеров бактерий, обладающих инфекционностью, но не имеющих морфологически выраженных инфекционных форм: цитоплазматические ксеносомы, заражающие Par. acutum [103], подвижные бактерии из цитоплазмы P. caudatum и N. macronucleata из Ма той же парамеции [12]. Наконец, наиболее дифференцированный жизненный цикл, состоящий из инфекционной и репродукционной фаз и включающий специфические приспособления для выхода инфекционных форм во внешнюю среду и заражения ими новых хозяев, имеют Holospora, которых следует рассматривать как паразитов инфузорий [12, 47, 65].

Общий ход жизненного цикла Holospora многократно описывался в литературе [2, 64, 67, 70; Рис. 3]. Он включает стадию инфекции, осуществляемую специализированными инфекционными формами (1-2 часа), их рестрикцию (множественное деление) на короткие фрагменты в компартменте окончательной локализации (Ма или Ми) - репродукционные формы (24-48 часов), которые, приступив к вегетативному размножению, быстро заполняют весь объем ядра (48-120 часов). Начиная с этого момента (120-168 часов) некоторая часть репродукционных форм, увеличиваясь в размерах, дифференцируется снова в инфекционные формы, которые более не делятся и, в зависимости от температурного и пищевого режима, при котором существует хозяин,

223

Рис. 3. Схема жизненного цикла (А 1-8) и морфология инфекционной формы бактерий Но!озрога (Б): к - концевой участок, ответственный за распознавание ядра, п - периплазма, вм — внешняя мембрана, в - внутренняя мембрана, ц - цитоплазма. 1 - пищеварительная вакуоль, 2 - активация бактерии перед выходом из вакуоли, 3 - бактерия в мембранном комплексе в цитоплазме хозяина, 4 - процесс «шлюзования» бактерии в макронуклеус, 5 - процесс фрагментации на репродуктивные формы, 6 - дифференцировка новых инфекционных форм, 7 - деление зараженного ядра с «остаточным телом», в котором концентрируются инфекционные формы, 8 - выделение инфекционных форм во внешнюю среду.

могут составлять незначительную или очень большую долю внутриядерной популяции. Согласно видовой принадлежности, инфекционные формы холоспор могут попадать во внешнюю среду в результате каждого деления зараженных ядер или выделяться из ядра вне зависимости от ядерного цикла хозяина [55]. Во внешней среде они могут быть съеденными апосимбиотическими парамециями, и тогда цикл замыкается (рис. 3).

А. Деление зараженного холоспорами ядра инфузорий

Задача выведения инфекционного начала (инфекционных форм) во внешнюю среду для заражения новых хозяев является фундаментальной для паразитических бактерий. В пределах рода она решается двумя различными способами, что послужило одним из поводов к предположению о полифилитичнос-ти Holospora [50]. Для ряда холоспор - H. obtusa, H. undulata, H. elegans, H. recta, H. acuminata и H. curviuscula - деление зараженного ядра (вне зависимости от того, Ма это или Ми) идет с образованием в экваториальном участке делящегося ядра остаточного тела (connecting piece), где преимущественно остаются инфекционные формы, в то время как репродукционные формы закономерно распределяются по дочерним ядрам [50, 53, 67] (рис. 3, 4). В дальнейшем остаточное тело деградирует, и содержащиеся в нем многочисленные инфекционные формы в индивидуальных вакуолях транспортируются к цитопрокту и выбрасываются во внешнюю среду. Этот процесс занимает около 1 часа [47, 67].

При делении зараженного Ма в случае инфекции H. caryophila (P. biaurelia и P. caudatum), H. bacillata (P. nephridiatum и P. calkinsi), H. curvata (P. calkinsi) и Holospora sp. (P. putrinum) такое остаточное тело никогда не образуется, и инфекционные и репродукционные формы бактерий произвольно распределяются между дочерними ядрами (рис. 4). Тем не менее, инфекционные формы перечисленных видов холоспор всегда

присутствуют в цитоплазме хозяина. Экспериментально было установлено, что они попадают туда из зараженного ядра, а не из внешней среды [57].

У трех последних видов этот процесс связан с обратной транслокацией индивидуальных инфекционных форм через ядерную оболочку - сначала в перинукле-арное пространство и, далее, в вакуолях, образованных за счет наружной ядерной мембраны, в цитоплазму [57]. Выведение инфекционных форм H. caryophila происходит всегда в составе групп, которые окружены унитарной мембраной [47]. Пока еще не выяснено, как эти кластеры преодолевают ядерную мембрану.

Возможно, что механизм выведения инфекционных форм из ядер хозяина претерпел у Holospora ряд последовательных эволюционных изменений: от выделения в составе мембранного комплекса единичных бактерий (H. bacillata, H. curvata и Holospora sp.) к их групповой транслокации (H. caryophila) и, наконец, к эксплуатации аппарата деления ядра хозяина для эффективной сегрегации инфекционного начала с последующей экструзией таких форм в цитоплазму хозяина при каждом делении парамеций (остальные Holospora).

Влияние эндонуклеобионтов на половой процесс хозяев

Особый интерес представляют стратегии внутриядерных бактерий парамеций, направленные на выживание в ходе половой части жизненного цикла хозяина, когда происходит ядерная реорганизация, и старый Ма парамеций деградирует, а Ми, претерпев мейоз и ряд пост-мейотических делений, дает начало новому ядерному аппарату [2, 18, 73]. Долгое время считалось, что все зараженные клетки теряют способность вступать в половой процесс [2], что соответствует широко известному феномену паразитарной кастрации у высших организмов [28]. Позднее было показано, что как Н. elegans, инфицирующая Ми, так и H. obtusa (Ма) не всегда препятствуют вступлению коньюгации хозяина [44, 65, 66, 67],

224

Рис. 4. Распределение инфекционных и репродуктивных форм Holospora при делении зараженного ядра. С образованием остаточного тела (от): a — (P. caudatum - H. obtusa), б — (P. caudatum - H. elegans); без остаточного тела: в — (P. biaurelia - H. caryophila), г — (P. putrinum - Holospora sp.).

Живые клетки (a, б, г), реакция FISH (в). Размеры указаны в микрометрах.

но эксконьюганты либо теряют в ходе ядерной реорганизации бактерий вместе со старым Ма (в случае заражения H. obtusa), либо оказываются нежизнеспособными (H. elegans) [44, 64].

Детальный анализ трех макронуклеарных бактериальных инфекций (N. macronucleata, H. caryophila и C. macronucleorum) у парамеций P. caudatum, P. biaurelia и P Duboscqui, соответственно, позволил обнаружить другие стратегии, направленные на выживание в половой части жизненного цикла хозяев [44]. Теперь ясно, что эндонуклеобионты парамеций могут сохраняться не только в результате блока полового процесса хозяина, но и при модифицикации ими хода ядерной реорганизации у эксконьюгантов хозяина, приводящей к регенерации старого Ма или образованию зараженного гетерокариотного нового Ма [44].

Взаимодействия в системе

A. Одновременное заражение несколькими видами бактерий

Часто в клетках инфузорий обнаруживаются сразу несколько эндоцитобионтов в разных или, реже, в одном компартменте [12, 66, 93, 94]; основные примеры таких сложных эндоцитобиозов можно найти в соответствующих обзорах [12, 65]. В лабораторных условиях такие системы обычно оказываются неустойчивыми, что, по-видимому, связано, прежде всего, с межсимби-онтными или симбионтно-хозяинными взаимодействиями. Возможен антагонизм между различными бактериями, особенно занимающими один компартмент. Так, H. caryophila в Ма P caudatum вытесняет при совместном заражении H. obtusa; N. macronucleata

вытесняет H. obtusa [8, 9, 11, 20]; при совместной экспериментальной инфекции Ми H. undulata и H. recta вскоре в зараженной культуре парамеций присутствуют клетки либо с одним, либо с другим симбионтом, а совместное заражение исчезает [11]. Антагонизм сводится, скорее всего, к такой модификации одним симбионтом условий в клеточном компартменте, что они оказываются неприемлемыми для другого вида бактерий. Не исключено, впрочем, и прямое межвидовое взаимодействие посредством выделения собственных метаболитов или конкуренции за какие-то метаболиты хозяина [65]. Наглядный пример разграничения «зон влияния» между эндоцитобионтами был обнаружен в цитоплазме комменсальной инфузории Conchophthirus acuminatus, зараженной двумя видами бактерий [60]. Популяция одного эндоцитобион-та, принадлежащего по данным гибридизации in situ к альфа-подгруппе протеобактерий, всегда занимает переднюю часть клетки хозяина, а другая популяция бактерий, неясного филогенетического положения, располагается в задней части простейшего.

Очевидно, что заражение одного из ядер парамеций видами рода Holospora специфически меняет состояние другого ядра. Так, при вегетативной стадии развития H. obtusa в Ма генеративное ядро может эффективно заражаться H. undulata, но как только в Ма появляется много инфекционных форм, Ми становится невосприимчивым к инфекции H. undulata [21, 22]. Аналогичная ситуация резистентности возникает в Ма при переходе H. undulata в Ми из репродуктивной в инфекционную стадию развития. В дальнейшем двойное заражение, как правило, исчезает [11, 12]. С другой стороны, известны

225

случаи, когда дополнительными симбионтами могут быть заражены только клетки, уже содержащие определенные эндоцитобионты [93].

Б. Киллерные эндоцитобионты

Ряд эндоцитобионтов инфузорий, преимущественно цитоплазматических, сообщает хозяевам киллерные свойства - способность убивать клетки других, не содержащих эти бактерии, чувствительных клонов [10, 79, 92, 94, 95, 104]. Эта способность может быть дистантной (при совместном обитании в одной мик-роэконише) или контактной (при коньюгации чувствительной клетки с партнером-киллером). К настоящему времени достаточно много известно о морфологии и разнообразии таких бактерий, их классификации, а также о бактериальных экстрахромосомных элементах, определяющих киллерные свойства, и о

разнообразии прелетальных симптомов у инфузорий-жертв [10, 70, 92, 94, 95] (рис. 5).

Напротив, до сих пор мало данных о механизме летального действия киллеров; токсин, ответственный за этот феномен, до сих пор не охарактеризован [67, 96]. Нет ответов пока и на наиболее интригующие вопросы: чем обеспечена и как поддерживается собственная резистентность хозяина бактерий-киллеров к их токсину? Безусловно, это явление напрямую связано с взаимодействием между эндоцитобионтами и клеткой хозяина. Возможность экспериментально заражать апосимбионтные инфузории киллерными бактериями [94, 95, 103] говорит о быстроте возникновения системных отношений, обеспечивающих защиту хозяина при таком эндоцитобиозе. Для представителя группы киллеров - Lyticum flagellatum - показана продукция фолиевой кислоты, которая пот-

Рис. 5. Саеё'Ьас1ег ¡р. в макронуклеусе Зр1го$1отит атЫдиит:

а — общий вид зараженного макронуклеуса, б, в — бактерии с R-телами и вирусными частицами (стрелки). Размеры указаны в микрометрах.

226

ребляется клеткой хозяина [102]. Пока это один из немногих примеров (кроме метаногенных бактерий и Polynucleobacter) кооперации симбионтов и хозяина-инфузории на уровне метаболитов [67, 107, 109].

В. Необходимые эндоцитобионты

Примером необходимого для жизни клетки хозяина и сравнительно хорошо изученного к настоящему времени бактериального симбиоза является ассоциация E. aediculatus c o-бактериями (омикрон-бактериями), позднее идентифицированными как Polynucleobacter necessarius [70, 72].

Около 10 видов Euplotes содержат в цитоплазме о-по-добные бактерии, многие из которых, скорее всего, необходимы для жизни инфузорий, однако планомерно в этом отношении был изучен только один пресноводный вид E. aediculatus [72]. По-видимому, симбионты большинства этих инфузорий не инфекционны и не патогенны, а выполняют какие-то функции органелл хозяина. Этот симбиоз мог бы быть старше многих других примеров эндоцитобиоза у Ciliophora, но, конечно, должен быть эволюционно «моложе», чем митохондрии и хлоропласты [67]. Однако последние исследования говорят скорее в пользу недавнего происхождения этой симбиотической системы и, следовательно, указывают на возможность быстрой эволюции подобных эндоци-тобиозов в сторону мутуализма [107, 108, 109].

Инфузория E. aediculatus содержит в цитоплазме около тысячи бактерий размером (2,5-7,5)x0,3 мкм, обладающих 3-9 нуклеоидами и заключенных в индивидуальные симбионтофорные вакуоли [72]. Размер генома Pol. necessarius составляет всего 0,5x109 Да, что соответствует кодированию 700-900 белков. Это один из самых маленьких геномов, известных для клеток [47, 70]. Удаление симбионтов из хозяина (при обработке пенициллином растущей культуры) приводит к быстрой гибели клеток Euplotes, однако жизнеспособность может быть восстановлена в результате пересадки эндоцитобионтов из зараженного клона инфузории при помощи микроинъекции [63, 72]. В связи с наличием у таких апосим-бионтных и не способных к делению инфузорий значительного запаса гликогена было высказано предположение, что функция бактерий Polynucleobacter может быть связана с энергетическим метаболизмом клетки хозяина [109]. По последним сведениям, функция другой ци-топлазматической бактерии в клетке E. magnicirratus связана с процессом пищеварения, и апосимбионтные клетки оказываются не способными переваривать заглоченную «добычу» [107]. По-видимому, это не единственные примеры установления постоянных и необходимых симбиотических отношений между бактериями и клеткой Ciliophora [74]. Изучение подобных систем взаимоадаптации про- и эукариот имеет большой интерес в рамках гипотезы о значительной роли эндоцитобиоза в эволюции эукариотической клетки [88, 89].

Экологическая и эволюционная значимость эндоцитобиоза

Многочисленные примеры разнообразных бактериальных эндоцитобиозов у инфузорий из различных систематических и экологических групп этих простейших, приведенные в настоящем обзоре, дают представление о распространенности этого явления в живой природе. Очевидно, несмотря на редкие пока находки обязательного симбиоза (для обоих партнеров) между бактериями

и инфузориями, это явление представляет собой непременный компонент природных биоценозов Ciliophora, и разные уровни адаптации бактериальных партнеров -комменсальный, паразитический или мутуалистичес-кий - по-разному сказываются на структуре популяций хозяина. С другой стороны, эндоцитобиоз для прокариот может быть фактором, вызывающим появление специализированных форм микроорганизмов с особым типом клеточной дифференцировки и жизненного цикла, что дает толчок эволюции микроорганизмов в новом направлении [3]. Наличие патогенов и возбудителей оппортунистических инфекций среди возможных эндо-цитобионтов делает их изучение особенно важным. Тем не менее, исследования в этом направлении пока весьма малочисленны [47, 53, 68, 69].

До сих пор мы очень мало знаем о реальной ситуации с наличием и поддержанием бактериальных инфекций у инфузорий в природных водоемах. Низкий процент заражения бактериями для большинства инфузорий говорит о том, что многие эндоцитобионты скорее паразиты или комменсалы, чем настоящие симбионты. В противном случае следовало бы ожидать их широкого распространения в популяциях в результате положительного отбора. Пример последней ситуации - тотальное распространение цитоплазматических бактерий у многих Еир1о1ез. Сходным образом следует трактовать распространение метаногенов у инфузорий сапропеля и повышенный уровень бактериальной инфекции у ряда литоральных солоноватоводных простейших.

Достаточно широкое распространение в природных популяциях P. biaurelia и P. tetraurelia имеют представители рода Сае^Ьайег, заселяющие цитоплазму этих инфузорий и ограничивающие рост популяции хозяина, что послужило поводом признать их паразитами [79, 95]. Сае^Ьайег известны также в P. novaurelia и в Ма трех других инфузорий, в том числе P. caudatum. Несмотря на значительное угнетение репродукции инфицированных парамеций, показанное для части зараженных кил-лерными бактериями видов [79], такого рода инфекция (за счет киллерных свойств) дает хозяину реальные преимущества в смешанных популяциях [79, 83], хотя и не является защитой от хищников [79].

Существуя в клетке хозяина и питаясь за его счет, паразитические бактерии, конечно, должны негативно влиять на рост популяции инфузорий. Роль своего рода защитного механизма, ограничивающего возможности подобного эндоцитобиоза, может играть распространение в некоторых популяциях генотипов, не поддерживающих заражение и стабилизацию в клетке бактерий. В Японии, например, доля таких популяций Р. caudatum, по-видимому, достигает 40-60% [47, 60]. Там же, где эндоцитобиоз, особенно с инфекционными бактериями, распространен, микроорганизмы могут выступать как фактор, влияющий на структуру популяции: повышенный уровень амик-ронуклеарных клеток и клеток с полиморфными Ми и кортикальными нарушениями; неспособность зараженных парамеций вступать в половой процесс - вот обычная «плата» за поддержание в популяции заражения H. undulata [2, 3, 7, 65, 68].

Результаты лабораторных исследований не всегда могут быть полностью экстраполированы на природные популяции Ciliophora, однако наши знания опираются в основном на них. Как показывают эксперименты, инфекционные эндоцитобионты могут выступать

227

фактором расширения присутствия бактерий в клетках Ciliophora путем их коинфекции и, соответственно, разнообразие эндоцитобионтов должно быть выше в популяциях, где присутствует (или присутствовало) заражение холоспорами.

Хозяинная специфичность Holospora, 12 видов которых инфицируют в природе 7 видов Paramecium, дает основания говорить о коэволюции этих родов. Экспериментальные перекрестные инфекции 5 видами Holospora 8 видов Paramecium позволили выявить группы парамеций, заражаемых сходным набором бактерий, что указывает на близкородственные отношения видов в выделенных группах парамеций. Хорошее совпадение такой классификации с филогенетическими группами Paramecium, полученными при сравнительном анализе 188-рРНК у тех же инфузорий [45, 106], говорит о чувствительности такого «симбиотического» метода.

Исследования по эволюции трансмиссии паразитарных генотипов показали, что она идет в основном либо вертикально (в поколениях хозяина), либо горизонтально (в популяциях хозяина) [35, 77, 86]. В противоположность этому Holospora демонстрирует известную фенотипическую пластичность и экологическую вариабельность. Этот паразит инфузорий имеет смешанную стратегию трансмиссии - от исключительно вертикальной до в основном горизонтальной, что определяется адаптацией к ростовым особенностям популяции хозяина [35, 77, 86].

Заключение

Бактериальные эндобионты могут заселять все основные компартменты клетки инфузорий. Для клетки хозяина, за редкими исключениями, такое сожительство факультативно и, как правило, лишь незначительная доля клеток части популяций вида может быть заражена бактериями. Подавляющее большинство эн-добионтных бактерий, обнаруженных в инфузориях, не может существовать вне хозяина, и, следовательно, для них симбиоз с эукариотической клеткой хозяина является облигатным.

Распространенность бактериальных эндоцитобиозов у Ciliophora и их принадлежность к различным категориям может дать и уже дает богатый материал для понимания возможных путей эволюции этих систем, функциональной морфологии и происхождения эукариотной клетки.

Инфекционная способность некоторых бактерий -эндобионтов инфузорий (прежде всего Holospora) позволяет не только поддерживать, но и воссоздавать симбиотическую систему в лабораторных условиях. Значительный набор этих бактерий, известный к настоящему времени, возможность лабораторного заражения холоспорами апосимбиотических клеток парамеций и экспериментального конструирования сочетаний, в которых эндобионты и хозяева имеют различные морфологические и генетические особенности, делает именно эту симбиотическую систему очень удобной для решения ряда важных вопросов протистологии, симбионтологии и клеточной биологии.

Пример инфузорий рода Paramecium, для которых уже выявлено около 60 разнообразных внутриклеточных бактерий, говорит об удивительном многообразии форм эндоцитобиоза у представителей Ciliophora. Лишь незначительная часть видов инфузорий была до сих пор исследована на наличие эндоцитобионтов, и далеко не все отмеченные симбиотические системы на основе клетки инфузорий были в достаточной мере изучены. Таким образом, надо думать, что нам предстоит еще обнаружить в природе и исследовать немало новых интересных примеров взаимодействия между про- и эукари-отами в рамках симбиотической системы инфузории-бактерии. Возможно, среди них будут и новые модельные системы, которые, помимо Holospora, Caedibacter, Polynucleobacter, ксеносом и метаногенных бактерий, окажутся в центре внимания исследователей.

Однако перечисленные бактерии и их взаимоотношения с клеткой хозяина нельзя признать всесторонне изученными. Даже таксономические проблемы этих микроорганизмов - состав родов (Holospora и Caedibacter) и их принадлежность к определенным подгруппам протеобактерий (часть «Holospora-по-добных» бактерий и ксеносом) - пока не разрешены. Остаются вопросы в связи с механизмом проникновения Holospora в ядра и принципами узнавания ими специфического типа ядра; неочевидны механизмы быстрого лизиса бактерий в ядрах и их экструзии из Ма; не выяснены пути защиты клетки парамеций от собственных эндоцитобионтов-киллеров. Во многом прогресс в молекулярно-биологичеких исследованиях сдерживается отсутствием методики культивирования внутриклеточных бактерий инфузорий in vitro.

Литература

1. Маргулис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки: перевод с английского. - М.: Мир, 1983. - 351 c.

2. Осипов Д.В. Проблемы ядерного гетероморфизма у одноклеточных организмов. - Л.: Наука, 1981. - 246 c.

3. Подлипаев С.А., Осипов Д.В. Клетка простейших как среда симбионтов / Ред. Ю.И. Полянский. Свободноживущие и паразитические простейшие: морфология, биология и эволюция // Тр. БиНИИ. - 1983. - Т. 34. -С. 73-111.

4. Раутина М.С., Скобло И.И., Лебедева Н.А., Осипов Д.В. Комплементарность в системе между клонами инфузории Paramecium

caudatum и изолятами бактерии Holospora obtusa // Цитология. - 1990. - Т. 32. - С. 584-590.

5. Скобло И.И., Борхсениус О.Н., Лебедева Н.А., Осипов Д.В. Симбиогенный лизис бактерий Holospora acuminata в генеративном ядре инфузории Paramecium bursaria // Цитология. - 1990. - Т. 32. - С. 515-519.

6. Фаминцын А. С. О роли симбиоза в эволюции организмов // Mem. Acad. Sci. St. Petersburg. - 1907. - Ser. VIII. - Т. 20. - С. 1-14.

7. Фокин С.И. Вегетативные функции микронуклеуса и клеточный морфогенез у Paramecium caudatum. I. Изменения, вызванные ядерными симбионтами // Цитология. -1986. - Т. 27. - С. 322-328.

228

8. Фокин С.И. Paramecium caudatum: морфологический анализ последствий инфекции различными ядерными симбионтами // Цитология. - 1988. - Т. 30. - С. 471-477.

9. Фокин С.И. Бактериальные эндобионты инфузории Paramecium woodruffi. II. Эндобионты перинуклеарного пространства // Цитология. - 1989. - Т. 31. - С. 845-850.

10. Фокин С.И. Mate-killer эффект, индуцированный эндобионтами инфузории Paramecium woodruffi // Цитология. - 1989. - Т. 31. -С. 1085-1088.

11. Фокин С.И. Holospora recta sp. nov. -микронуклеарный эндобионт инфузории Paramecium caudatum // Цитология. - 1991. -Т. 33. - С. 135-141.

12. Фокин С.И. Бактериальные симбионты инфузорий и их использование в экспериментальной протозоологии // Цитология. -1993. - Т. 35. - С. 59-91.

13. Фокин С.И. Paramecium (Ciliophora, Protista). Систематика и филогенетические связи // Зоол. ж. - 2001. - Т. 80. - С. 899-908.

14. Фокин С.И. 45 лет спустя. Дополнения к биографии / Ред. С.И. Фокин. Человек, с которым было хорошо. Воспоминания о Валентине Александровиче Догеле (1882- 1955) // Труды СПб Общества Естествоиспытателей. -2002. - Т. 95 (1). - С. 111-142.

15. Фокин С.И. «Блажен, кому удалось осуществить мечту». Валентин Александрович Догель (1882-1955) // Знаменитые универсанты. - СПб.: СПбГу 2002. - C. 373-383.

16. Фокин С.И. Русские ученые в Неаполе. -СПб.: Алетейя, 2006. - 378 С.

17. Фокин С.И. Валентин Александрович Догель. Его время, окружение и путешествия // Ваш любящий Валя. Валентин Александрович Догель (1882-1955). Письма домой. -М.: Товарищество научных изданий КМК, 2002. - С. 23-65.

18. Фокин С.И. Тип Ciliophora Doflein, 1901. - Инфузории. Общая часть // Протис-ты. Руководство по зоологии / Ред. А.О. Фролов и М.В. Крылов. - Часть 2. - СПб.: Наука, 2007. - С. 371-414.

19. Фокин С.И. Профессора В.М. Шимкевич и В.Т. Шевяков и их роль в развитии зоологии в Императорском Санкт-Петербургском университете // Санкт-Петербургский университет в XVIII-XX вв.: Европейские традиции и российский контекст. - СПб.: СПбГУ, 2009. - С. 314-329.

20. Фокин С.И., Осипов Д.В., Скобло И.И. и др. Nonospora macronucleata g. n., sp. n. -симбионт вегетативного ядра инфузории Paramecium caudatum // Цитология. - 1987. -Т. 29. - С. 963-970.

21. Фокин С.И., Сковородкин И.Н. Holospora undulata - эндонуклеобионт инфузории Paramecium caudatum в поисках микронуклеуса // Цитология. - 1991. - Т. 33. -С. 64-75.

22. Фокин С.И., Сковородкин И.Н.. Holospora obtusa - эндонуклеобионт инфузории

Paramecium caudatum в поисках макронуклеуса // Цитология. - 1991. - Т. 33. - С. 101-115.

23. Allen R.D., Fok A.K. Membrane trafficking and processing in Paramecium // Intern. Rev. Cytol. - 2000. - Vol. 198. - P. 277-318.

24. Amann R.I., Springer N, Ludwig W. et. al. Identification in situ and phylogeny of uncultured bacteria endosymbionts // Nature. -1991. - Vol. 351. - P. 161-164.

25. Anderson O.R. Comparative Protozoology: Ecology, Physiology, Life History. - Berlin: Springer Verlag, 1988. - 223 P.

26. Ball G.H. Organisms living on and in Protozoa // Research in protozoology. Ed. T.T. Chen. - Pergamon Press, New York, 1969. - Vol. 3. - P. 565-718.

27. Barhey K., Gibson I. A study on the conditions of infection of Holospora caryophila, a macronuclear symbiont of Paramecium bi-aurelia // Micron. MicroscoP. Acta. - 1984. -Vol. 15. - P. 261-268.

28. Baudoin M. Host castration as a parasitic strategy // Evolution. - 1975. - Vol. 29. - P. 335352.

29. Brigge T., Fokin S., Brümmer F., Görtz H.- D. Molecular probes for localization of en-dosymbiotic bacteria in ciliates and toxic dinofla-gellates // J. Euk. Microbiol. - 1999. - Vol. 46. -P. 11a.

30. Bruggen van J.J.A., Stumm C.K., Vogel G.V. Symbiosis of methanogenic bacteria and sa-propelic protozoa // Arch. Microbiol. - 1984. -Vol. 136. - P. 89-95.

31. Bruggen van J.J.A., Zwart K.B., Hermanns J.G.F et al. Isolation and characterization of Methanoplanus endosymbiosus sP. nov., an endosymbiont of the marin sapropelic ciliate Metopus contortus Quennerstedt // Arch. Microbiol. - 1986. - Vol. 144. - P. 367-374.

32. Corliss J.O. The ciliated Protozoa. Characterization, classification and guide to the literature. 2-nd ed. New York.: Pergamon Press, 1979. - 325 P.

33. Dogiel V.A. Monographie der Familie Oph-ryoscolecidae // Archiv Protistenk. - 1927. -Vol. 59. - P. 1-288.

34. Eschbach E., Pfannkuchen M., Schweik-ert M. et al. Candidatus «Paraholospora nu-cleivisitans», an intracellular bacterium in Paramecium sexaurelia shuttles between cytoplasm and nucleus of its host // Syst. and Appl. Micro-biol. - 2009. - Vol. 32. - P. 490-500.

35. Fels D., Kaltz O. Temperature-dependent transmission and latency of Holospora undulata, a micronucleus-specific parasite of the ciliate Paramecium caudatum /. Proc. R. Soc. Lond. -2006. - Vol. 273. - P. 1031-1038.

36. Fenchel T. Ecology of Protozoa. The biology of free-living phagotrophic protists. - Berlin: Springer Verlag, 1987. - 287P.

37. Fenchel T. and Finlay B.J. Endosym-biotic methanogenic bacteria in anaerobic ciliates: significance for the growth efficiency of the host // J. Protozool. - 1991. - Vol. 38. -P. 18-22.

229

38. Finlay B.J., Esteban G.F. and Fenchel T. Protozoan diversity: converging estimates of the global number of free-living ciliate species // Protist. - 1998. - Vol. 149. - P. 29-37.

39. Finlay B.J. and Fenchel T. Divergent perspectives on Protist species richness // Protist. -1999. - Vol. 150. - P. 229-233.

40. Foissner W. Protist diversity: estimates of the near-imponderable. Protist. - 1999. -Vol. 150. - P. 363-368.

41. Foissner W. Protozoan biodiversity - myphs and facts. Abstr. XI Intern. Congress Protozool. Salzburg, Austria, 2001. - P. 14.

42. Foissner W., Agatha S, Berger H. Soil Ciliates (Protozoa, Ciliaphora) from Namibia (Southwest Africa) with emphasis on two contrasting environments, the Etosha region and the Namib Desert // Denisia. - 2002. - Vol. 1-2.

43. Fok A.K. and Allen R.D. The lysosom system / Ed. H.-D. Görtz. Paramecium. Berlin: Springer-Verlag, 1988. - P. 301-324.

44. Fokin S.I. Strategies of the macronuclear endocytobionts of Paramecium during the sexual process of the host // Symbiosis. - 1998. -Vol. 225. - P. 323-342.

45. Fokin S.I. Host specificity of Holospora and its relationships with Paramecium phylogeny // Japan. J. Protozool. - 2000. - Vol. 33. - P. 94.

46. Fokin S.I. A Love 50 Years Long. Professor V.A. Dogiel as a Protistologist // Protist. -2001. - Vol. 152. - P. 379-387.

47. Fokin S.I. Bacterial endocytobionts of Cili-ophora and their interactions with the host cell // Intern. Rev. Cytol. - 2004. - Vol. 236. -P. 181-249.

48. Fokin S.I. Konstantin Sergeevich Merezhkovskiy [C.S. Mereschkowsky] (18551921) // Abstr. Intern. SymP. «100 Years of the Endosymbiotic Theory: from Prokaryotes to Eukaryotic Organelles». - Germany: Hamburg, 2005. - P. 6-7.

49. Fokin S.I. Holospora and Holospora-like endosymbiotic bacteria out of the Paramecium genus / Paramecium and its Symbionts. Abstr. IV Holospora Conference. -Pisa, 2010. - P. 88.

50. Fokin S.I., Brigge T., Brenner J. and Görtz H. -D. Holospora species infecting the nuclei of Paramecium appear to belong into two groups of bacteria // EuroP. J. Protistol. - 1996. -Vol. 32. - Suppl. 1. - P. 19-24.

51. Fokin S.I., Giamberini L., Molloy D.P. and Vaate A. Bacterial endocytobionts within endo-sytobiotic ciliates in Dreissena polymorpha (La-mellibranchia: Mollusca) // Acta Protozool. -2003. - Vol. 42. - P. 31-39.

52. Fokin S.I., Görtz H.-D. Caedibacter mac-ronucleorum sP. nov., a bacterium inhabiting the macronucleus of Paramecium duboscqui // Arch. Protistenk. - 1993. - Vol. 143. - P. 319-324.

53. Fokin S.I., Görtz H.-D. Diversity of Holos-pora-bacteria in Paramecium and Their Characterization / Ed. M. Fujishima. Endosymbionts in Paramecium // Microbiology Monographs 12. - Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. - Chapter 7. - P. 161-199.

54. Fokin S.I., Karpov S.A. Bacterial endo-cytobionts inhabiting the perinuclear space of Protista // Endocytobiosis Cell Res. - 1995. -Vol. 11. - P. 81-94.

55. Fokin S.I., Ossipov D.V. Generative nucleus control over cell vegetative functions in Pa -ramecium // Acta Protozool. - 1981. Vol. 20. -P. 51-73.

56. Fokin S.I., Przybos E., Chivilev S.M. et al. Morphological and molecular investigations of Paramecium schewiakoffi sp. nov. (Cili-ophora, Oligohymenophorea) and current status of taxonomy // Eur. J. Protistol. - 2004. -Vol. 40. - P. 225-243.

57. Fokin S.I., Sabaneyeva E.V. Release of en-donucleobiotic bacteria Holospora bacillata and Holospora curvata from the macronucleus of their host cells Paramecium woodruffi and Paramecium calkinsi // Endocyt. Cell Res. -1997. - Vol. 12. - P. 49-55.

58. Fokin S.I., Sabaneyeva E.V., Borkchsenius O.N. et al. Paramecium calkinsi and Paramecium putrinum (Ciliaphora, Protista) harboring alpha-subgroup bacteria in the cytoplasm // Protoplasma. - 2000. - Vol. 213. - P. 176-183.

59. Fokin S.I., Schweikert M, Brümmer F., Görtz H.-D. Ciliates of Spirostomum genus (Ciliophora, Protista) as a new suitable system for endocytobiosis research // Protoplasma. -2005. - Vol. 225. - P. 93-102.

60. Fokin S.I., Schweikert M, Görtz H.-D., Fujishima M. Bacterial endocytobionts of Ciliophora. Diversity and some interactions with the host // EuroP. J. Protistol. - 2003. - Vol. 39. -P. 475-480.

61. Fokin S.I., Skovorodkin I.N., Sabaneyeva E.V. Initial steps of infection of the ciliate Paramecium with bacteria Holospora spp. // Cytology (Sankt-Petersburg). - 2002. - Vol. 45. -P. 1227-1233.

62. Fokin S.I., Skovorodkin I.N., Schweick-ert M, Görtz H. -D. Coinfection of the macro-nucleus of Paramecium caudatum by free-living bacteria together with the infectious Holospora obtusa //J. Eukaryot. Microbiol. - 2004. -Vol. 51. - P. 417-424.

63. Fujishima M., Heckmann K. Intra- and interspecies transfer of endosymbionts in Eu-plotes // J. Exper. Zool. - 1984. - Vol. 230. -P. 339-345.

64. Görtz H.-D. Endonuclear symbionts in Ciliates // Inter. Rev. Cytol. - 1983. - Suppl. 14. -P. 145-176.

65. Görtz H-D. Endonucleobiosis in ciliates // Inter. Rev. Cytol. - 1986. -Vol. 102. - P. 169-213.

66. Görtz H.-D. Endocytobiosis / Ed. H.-D. Görtz. Paramecium. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg. - 1988. - P. 393-405.

67. Görtz H.-D. Symbiosis in Ciliates / Eds. K. Hausmann and Ph. C. Bradbury. Cells as a organisms. - Gustav Fischer: Stuttgart, New York. - 1996. - P. 441-462.

68. Görtz H-D. Towards an understanding of the distribution, dynamics and ecological significance of bacterial symbioses in protists /

230

Eds. E. Aescht E. and H. Berger. The Wilhelm Foissner Festschrift // Denisia. - 2008. Vol. 23. -P. 307-311.

69. Görtz H.-D., Fokin S.I. Diversity of Holos-pora-bacteria in Paramecium and Their Characterization / Ed. M. Fujishima. Endosymbionts in Paramecium // Microbiology Monographs 12. - Heidelberg: Springer-Verlag. - 2009. -Chapter 6. - P. 132-160.

70. Görtz H.-D., Schmidt H.J. Family Holospo-raceae / Eds. G.M. Garrity et al. // Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. - Vol. 2. -New York: Springer-Verlag, 2005. - P. 146-160.

71. Hafkine M.W. Maladies infectieuses des paramécies // Ann. Inst. Pasteur. - 1890. -Vol. 4. - P. 363-379.

72. Heckmann K. Endosymbionts of Eu-plotes. Intern. Rev. Cytol. - 1983. - Suppl. 14. -P. 111-144.

73. Hiwatashi K., Mikami K. Fertilization in Paramecium: process of the nuclear reorganization // Int. Rev. Cytol. - 1989. - Vol. 114. -P. 1-19.

74. Hufschmid J.D. Bacterial endosymbiont «theta» of the heterotrich ciliate Climacosto-mum virens // Experientia. - Vol. 40. - P. 11611162.

75. J eon K.W. Survival and adaptation of microbes inside eukaryotic cells // Mol. Cells. -1994. - Vol. 4. - P. 259-265.

76. JeonK.W. Bacterial endosymbiosis in amoebae // Trends Cell Biol. - 1995. - Vol. 5. - P. 137140.

77. Kaitz O., Koella J.C. Host growth conditions regulate the plasticity of horizontal and vertical transmission in Holospora undulata, a bacterial parasite of the protozoan Paramecium caudatum // Evolution - 2003. Vol. - P .1535-1542.

78. Kirby H.J. Organisms living on and in Protozoa / Eds. G.N. Calkins and F.S. Summers // Protozoa in bioliogical research. - New York: Colombia Univ. Press. - 1941. - P. 1009-1113.

79. Kusch J., Czubatinski L., Wegmann S. et al. Competitive advantages of Caedibacter-infect-ed paramecia // Protist. - 2002. - Vol. 153. -P. 47- 58.

80. Kutschera U. Symbiogenesis, natural selection, and the dynamic Earth // Theory in Biosciences. - 2009. - Vol. 128. - P. 191-203.

81. Kutschera U., Niklas K.J. Endosymbiosis, cell evolution, and speciation // Theory in Biosciences. - 2005. - Vol. 124. - P. 1-24.

82. Kutschera U., Niklas K.J. Macroevolution via secondary endosymbiosis: a Neo-Gold-schmidtian view of unicellular hopeful monsters and Darwin's primordial intermediate form // Theory in Biosciences. - 2008. - Vol. 127. -P. 277-289.

83. Landis W.G. Ecology / Ed. H.-D. Görtz. Paramecium. - Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 1988. - P. 419-436.

84. Laval-Peuto M. Endosymbiosis in the Protozoa - session summary / Ed. P.C. Reid. Protozoa and their role in Marine processes // NATO ASI ser. - Vol. G25. - P. 143-160.

85. Lloyd D., Williams A.G., Amann R.I. et al. Intracellular prokaryotes in rumen ciliate Protozoa: detection by confocal laser scanning microscopy after in situ hybridization with fluorescent 16S rRNA probes // EuroP. J. Protistol. - 1996. Vol. 31. P. 523-531.

86. Lohse K., Gutierrez A., Kaltz O. Experimental evolution of resistance in Paramecium caudatum against the bacterial parasite Holospora undulata // Evolution. - 2006. - Vol. 60. -P. 1177-1186.

87. Lynn D. The Ciliated Protozoa. Characterization, Classification, and Guide to the Literature. - New York: Springer Science, 2008. -603 p.

88. Margulis L. Origin of eukaryotic cells. -New Haven:Yale Univ. Press, 1970. - 265 p.

89. Margulis L., Fester R. Symbiosis as a source of evolutionary innovation. - Cambrige: MIT Press, 1991. - 347 p.

90. Mereschkowsky C.S. Uber Natur und Ursprung der Chromatophoren im Pflanzenreiche // Biol. Centrblat. - 1905. -Bd. 25. -S. 593-604.

91. Ng S.F. The somatic function of the mi-cronucleus of ciliated protozoa / Eds. D.J. Patterson and J.O. Corliss // Progress in Protistology. - 1996. - Vol. 1. - P. 215-286.

92. Pond F.R., Gibson I., Lalucat J., Quack-enbush R.L. R-body-producing bacteria // Microbiol. Rev. - 1989. - Vol. 53. - P. 25-67.

93. Preer J.R. and Preer L.B. Revival of names of protozoan endosymbionts and proposal of Holospora caryophila nom. nov. // Int. J. Syst. Bacteriol. - 1982. -Vol. 32. - P. 140-141.

94. Preer J.R., Preer L.B. Endosymbionts of protozoa / Ed. N.R. Krieg // Berger's manual of systematic bacteriology. - London: Williams and Wilkins. - 1984. - Vol. 1. - P. 795-813.

95. Preer J.R., Preer L.B., Jurand A. Kappa and other endosymbionts in Paramecium aurelia // Bacteriol. Rev. - 1974. -Vol. 38. -P. 113-163.

96. Quackenbush R.L. Validation of the publication if new names and new combinations previously effectively published outside the USB, List No. 8 // Int. J. Syst. Bacteriol. -1982. - Vol. 32. - P. 266-268.

97. Rautian M.S., Skoblo I.I., Lebedeva N.A. and Ossipov D.V. Genetics of symbiontic interactions between Paramecium bursaria and the intranuclear bacterium Holospora acumi-nata, natural genetic variability by infectivity and susceptibility // Acta Protozool. - 1996. -Vol. 32. - P. 165-173.

98. Restif O., Kaltz O. Condition-dependent virulence in a horizontally and vertically transmitted bacterial parasite // OIKOS. -Vol. 114. - P. 148-158.

99. Sabaneyeva E.V., Fokin S.I., Gavrilova E.V., Kornilova E.S. Nocodazole inhibits mac-ronuclear infection with Holospora obtusa in Paramecium caudatum // Protoplasma. -2005. - Vol. 226. - P. 147-153.

231

100. Sabaneyeva E.V., Derkacheva M.E., Benken K.A. et al. Actin-based mechanism of Ho-lospora obtusa trafficking in Paramacium cauda-tum // Protist. - 2009. - Vol. 160. - P. 205-219

101. Schrallhammer M, Fokin S.I., Schleifer K.-H., Petroni G. Molecular Characterization of the obligate endosymbiont "Caedi-bacter macronucleorum" Fokin and Görtz 1993 and of its host Paramecium duboscqui Strain Ku4- 8 // J. Eukaryot. Microbiol. - 2006. Vol. 53. - P. 499-506.

102. Soldo A.T., Godoy G.A. Observation on the production of folic acid by symbiont lambda particles of Paramecium aurelia stock 299 // J. Protozool. - 1973. - Vol. 20. - P. 502.

103. Soldo A. The biology of the xenosome, an intracellular symbiont // Int. Rev. Cytol. -1983. - Vol. 14. - Suppl. 1. - P. 79-109.

104. Sonneborn T.M. Gene and cytoplasm. I. The determination and inheritance of the killer character in variety 4 of Paramecium aurelia // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. - 1943. - Vol. 90. -P. 9892-9895.

105. Springer N., Amman R., Ludwing W. et al. Polynucleobacter necessarius, an obligate bacterial endosymbiont of the hypotrichous ciliate Euplotes aediculatus, is a member of the ß-subclass of proteobacteria // FEMS Microbiol. Lett. - 1996. - Vol. 135. - P. 333-336.

106. Strüder-Kypke M.C., Wright A -D.G., Fokin S.I., Lynn D.H. Phylogenetic relationships of the subclass Peniculia (Oligohymenophorea, Ciliophora) inferred from small subunit rRNA gene sequences //J. Eukaryot. Microbiol. -2000. - Vol. 47. - P. 419-429.

107. Vannini C., Schena A.,Verni F., Rosati G. Euplotes magnicirratus (Ciliophora, Hypotrich-ia) depends on its bacterial endosymbiont «Can-didatus Devosia euplotis» for food digestion // Aquat Microb Ecol. - 2004. - Vol. 36. - P. 19-28.

108. Vannini C., Hahn M., Petroni G. et al. Recent adaptation to symbiotic lifestyle: the Poly-nucleobacter - Euplotes system // J. Eukaryot Microbiol. - 2005. - Vol. 52. - P. 38-43.

109. Vannini C., Lucchesi S., Rosati G. Poly-nucleobacter: Symbiotic bacteria in ciliates compensate for a genetic disorder in glycogenoly-sis // Symbiosis. - 2007. - Vol. 44. - P. 85-91.

110. Vannini C., Pöckl M., Petroni G. et al. Endosymbiosis in statu nascendi: close phylo-genetic relationship between obligately endo-symbiotic and obligately free-living Polynucleo-bacter strains (Betaproteobacteria) // Environ Microbiol. - 2007. - Vol. 9. - P. 347-359.

111. Wichterman R. The biology of Paramecium. New York, Toronto: Blakiston comp., Inc., 1953.

112. Williams A.G., Coleman G.S. The rumen protozoa. Berlin, New York: Springer Verlag, 1991. - 357 p.

232