ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ МИКРОСПОРИДИЙ - ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ПАРАЗИТОВ НАСЕКОМЫХ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

16

УДК 632.937.14

ФАКТОРЫ ПАТОГЕННОСТИ МИКРОСПОРИДИЙ -ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ПАРАЗИТОВ НАСЕКОМЫХ

И.В.Исси*, В.В.Долгих*, Ю.Я.Соколова**, Ю.С.Токарев*

*Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург **Институт цитологии РАН. Санкт-Петербург

Микроспоридии - древнейшие эукариотные протисты, прекрасно адаптированные к внутриклеточному паразитизму. Факторы патогенности микроспоридий, имеющих минимальный для эукариот геном, обусловлены их полной зависимостью от метаболической активности клетки хозяина (в первую очередь, от продукции необходимой паразитам экзогенной АТФ) вследствие переложения на хозяина основных функций своей клетки и использования паразитами субстратов клетки хозяина для поддержания собственной жизнедеятельности.

Краткая характеристика паразитов. Тип

Микроспоридии (Microsporidia) представлен одноклеточными эукариотами, паразитирующими в клетках животных почти всех систематических групп - от других протист до высших позвоночных. Наибольшее число видов описано из членистоногих (Соколова, Ис-си, 2001). Микроспоридиям свойственны своеобразные черты организации, сочетающей эукариотные и прокариотные признаки. Их одноклеточные споры содержат зародыш, лишенный собственной цитоплазматической мембраны, и уникальный аппарат экструзии, предназначенный для заражения клетки хозяина путем вбрасывания в нее зародыша паразита по каналу длинной трубки. Функционально спора микроспоридий представляет собой живой шприц.

Микроспоридии имеют морфологически оформленное ядро, но их геном - наименьший из известных для других эукариот (он даже меньше генома некоторых бактерий). У микроспоридий нет митохондрий, гидрогеносом и пероксисом. Однако наличие митохондриаль-ного шаперона - хит-шокового белка hsp70 -говорит об утрате ими митохондрий в процессе адаптации к облигатному внутриклеточному паразитизму (Hirt et al., 1997). Примитивный по строению аппарат Гольджи функционально очень активен в периоды всех морфо-генетических преобразований клетки микроспоридий. Рибосомы зародыша, спороплазмы, представлены монорибосомами, не агрегированными в полирибосомы, и по своим физическим (коэффициенту седиментации), биохимическим и молекулярно-биологическим (последовательности участков рРНК) показателям соответствуют рибосомам прокариотов по наличию субъединицы 70S и по слиянию субъединицы 5,8S, свойственной всем эука-риотам, с большой субъединицей рРНК

(Ishihara, Hayashi, 1968; Vossbrmск, Woese, 1986). Кроме того, клетка микроспоридий лишена лизосом, центриолей, запасных питательных веществ, а также жгутиков и других органелл движения. Наличие хитина, альфа-и бета-тубулинов, сходных с грибными, дип-локариотический ядерный аппарат у половины родов микроспоридий, а также их моле-кулярно-биологические характеристики имеют сходство с таковыми дрожжевых грибов. Однако нет ни одного современного таксона царства Fungi, к которому можно отнести микроспоридий. По нашему мнению, давний переход микроспоридий к паразитическому образу жизни, глубокая адаптация к внутриклеточному паразитизму, обусловленные этим изменения в геноме и в обменных процессах, ультраструктурная перестройка их клетки рано увели микроспоридий в сторону от основного направления эволюции одноклеточных и многоклеточных грибов. Свободно-живущие предки микроспоридий, которые могли быть общими с грибами или водорослями, не известны.

Завершающая развитие микроспоридий одноклеточная спора несет в себе зародыш и сложно организованный комплекс органелл -аппарат экструзии. При попадании в хозяина под влиянием рН и ферментов его кишечника из споры под высоким давлением выбрасывается путем вывертывания длинная полярная трубка, прокалывающая перитрофическую мембрану и стенки клеток хозяина (рис. 1А). По ее каналу зародыш вводится непосредственно в цитоплазму клетки, где приступает к размножению (пролиферации) и размножается до тех пор, пока не заселит клетку полностью (рис. 1Б). Пролиферативные стадии развития микроспоридий окружаются митохондриями клетки хозяина и даже образуют с ними контактные связки. Число митохондрий

Вестник защиты растений, ,3, 2005 и их активность обычно резко возрастают, обеспечивая энергетическими субстратами компенсаторные и репаративные процессы зараженной клетки и жизнедеятельность паразитов.

Рис. 1. Взаимоотношения микроспоридий с клеткой насекомого-хозяина

А - экструзия полярной трубки и зародыша (стрелка) из споры; Б - гемоцит гусеницы капустной белянки со спорами и стадиями микроспоридий; В - меронт микроспоридий, окруженный митохондриями клетки хозяина; Г - споронт микроспоридии, контактирующий с двумя митохондриями. (А,Б - световая микроскопия, В,Г - электронная микроскопия

Исчерпав ресурсы клетки хозяина, микроспоридии приступают к спорогонии. Споры микроспоридий, не накапливающие запасных питательных веществ, могут какое-то время находиться вне организма хозяина, но им не свойственно состояние покоя и они сохраняют постоянную готовность к заражению новых особей хозяина.

Некоторые черты облигатного паразитизма микроспоридий имеют сходство с таковыми риккетсий и вирусов. Механическое вбрасывание в клетку хозяина ядерного аппарата паразита, окруженного тонким слоем цитоплазмы и не покрытого оболочкой, аналогично вбрасыванию в клетку бактерий генетического начала бактериофагов. Так же как вирусы, микроспоридии избирают для своего развития ткани, богатые энергетическими субстратами (жировое тело, зародышевые или питательные клетки женской половой системы), или ткани с высоким уровнем метаболизма (эпителии средней кишки, слюнных и шелко-отделительных желез, мальпигиевых сосудов,

часто опухолевые клетки). Так же как вирусы, они сохраняют и высокую патогенность в отношении животного-хозяина.

Заражение микроспоридиями лабораторных и природных популяций насекомых часто заканчивается массовой гибелью особей с последующим сохранением низкой численности в течение ряда лет. Причины гибели зараженных микроспоридиями особей имеют как прямой, так и опосредованный характер.

Для выявления факторов патогенно-сти микроспоридий изучены:

- ответные реакции на заражение микроспоридиями иммунной системы насекомого-хозяина (защитные реакции ге-моцитов - фагоцитоз, инкапсуляция, меланизация; фенолоксидазная и агглютинирующая активность гемолимфы);

- влияние микроспоридий на ферментативную активность, а также на энергетические и пластические ресурсы клетки хозяина;

- влияние паразитов, находящихся на разных стадиях жизненного цикла, на особенности метаболизма и транспорта веществ между цитоплазмой клеток паразита и хозяина;

- особенности взаимодействия клеток микроспоридий с клетками насекомого-хозяина на ультраструктурном уровне.

Статья представляет собой обобщение результатов изучения факторов патоген-ности микроспоридий, полученных исследовательской группой по энтомопато-генным протистам ВИЗР с использованием электронно-микроскопических, биохимических и молекулярно-биологичес-ких методов. Познание факторов и механизмов патогенности этих паразитов остается необходимым, во-первых, для объяснения причин разнообразия патологических проявлений микроспоридио-зов у разных видов насекомых-хозяев, во-вторых, для выяснения возможностей управления факторами патогенности при разработке биопрепарата или в случаях заболевания полезных или вредных видов животных и, в-третьих, для сравнительного анализа ответных реакций животных разных уровней организации на заражение микроспоридиями.

Результаты и

Взаимодействие паразитов с иммунной системой насекомых-хозяев на начальных этапах заражения. Первый шаг для успешного заражения насекомого-хозяина микроспоридиями заключается в том, что споры должны попасть в условия, стимулирующие выброс полярных трубок и внедрение зародышей в клетку хозяина. Учитывая то, что иммуногене-тическая система насекомых складывается из внешних (барьерной) и внутренних (клеточной и гуморальной) систем защиты, успешное заражение во многом зависит от того, насколько данный паразит адаптирован к преодолению естественных барьеров организма хозяина и насколько успешно способен он взаимодействовать с клетками и молекулами внутренней среды организма, осуществляющими распознавание и уничтожение чужого.

Аппарат экструзии спор микроспоридий - это уникальное образование, обеспечивающее успешное заражение восприимчивых клеток хозяина. Следствием адаптации определенного вида паразита к данному хозяину или группе хозяев, что определяет его узкую или широкую специфичность, следует признать его способность реагировать на специфичные стимулы (показатели рН, осмоляльность или концентрацию определенных ионов кишечного сока при прохождении спор по пищеварительному тракту), вызывающие выброс полярных трубок спор. Полярные трубки выбрасываются с такой силой, что пробивают перитрофиче-скую мембрану средней кишки (защитный барьер) и вводят зародыш (споро-плазму) либо в клетку кишечника, либо (при заражении насекомых младших возрастов) в клетку любой другой ткани, окружающей кишечный тракт.

Следующую линию защиты организма насекомых от вторжения паразитов, успешно преодолевших барьерные факторы, составляют факторы внутренней среды. Гемоциты - свободно циркулирующие клетки полостной жидкости (гемолимфы) осуществляют распознавание

Вестник защиты растений, ,3, 2005 их обсуждение и элиминацию чужеродного материала, а также активируют гуморальные системы защиты организма. Ключевую роль в системе клеточного и гуморального иммунитета насекомых играет каскад ме-ланогенеза, опосредуемый ферментами синтеза меланина, в первую очередь фе-нолоксидазами (ФО). Этот каскад представлен распознаванием чужого, реакциями фагоцитоза и инкапсуляции. При успешном заражении хозяина споро-плазма попадает в цитоплазму его клетки, не контактируя с плазматической мембраной клетки и минуя таким образом контроль системы распознавания чужого. Все спороплазмы, не попавшие в клетку, погибают либо из-за отсутствия экзогенной АТФ (Weidner, 1975), либо вследствие фагоцитоза. Пролифератив-ные стадии паразитов расселяются в ткани хозяина главным образом путем распределения паразитов между дочерними клетками зараженной клетки, что также позволяет паразитам избежать контакта с защитными клетками и гемолимфой. В результате в период пролиферации микроспоридий в зараженных тканях насекомых не наблюдается реакций инфильтрации, инкапсуляции и ме-ланизации. Однако массовое размножение паразитов в клетках хозяина приводит к сильным патологическим отклонениям функциональной активности зараженных особей и к последующей гибели насекомых-хозяев.

Влияние пролиферативных стадий микроспоридий на энергетические ресурсы клетки. Взаимоотношения между микроспоридиями и их хозяевами осуществляются на уровне взаимодействия метаболических систем двух клеток. Микроспоридии, утерявшие митохондрии в процессе адаптации к внутриклеточному паразитизму, представляют собой паразитов на энергетических системах клетки животных-хозяев (Trager, 1974). Уже на начальных этапах своего развития их клетки окружаются митохондриями клетки хозяина (рис. 1В).

У некоторых членистоногих между мембранами клетки паразита и митохондрии клетки хозяина образуются контакты (рис. 1Г). Для всех изученных парази-то-хозяинных систем «микроспоридия-насекомое» отмечена стимуляция обменных процессов на начальных этапах заражения, совпадающих с пролиферацией микроспоридий (Исси, Онацкий, 1982, 1984). В этот период отмечено усиленное поглощение свободного кислорода митохондриями зараженных клеток гусениц чешуекрылых (Бабурина и др., 1989) и резкое возрастание количества митохондрий на единицу объема зараженной клетки. В ходе эволюции микроспоридии приобрели способность непосредственно поглощать произведенную клеткой хозяина АТФ для обеспечения себя энергией. В период пролиферации микроспоридий у насекомого повышается устойчивость ко многим отрицательным факторам, в т.ч. и к заражению другими эн-томопатогенными организмами, в частно-

сти бактериями (Исси, Онацкий, 1982: Ефименко, Исси, 1987).

Сравнение ультраструктурных картин здоровой и зараженной клеток показывает исчезновение в последней всех запасаемых веществ. В первую очередь в клетке насекомого-хозяина исчезают энергетические ресурсы - гранулы гликогена и липидные капли. Биохимический анализ показывает, что в жировом теле зараженных сверчков количество липидов снижается в 2, а гликогена в 3 раза и более et а1., 1997; Долгих,

1998). При этом направленность количественных изменений у разных групп ли-пидов была принципиально различной (Долгих и др., 2002), В то время как триглицериды, в основном восполняющие энергетические затраты, существенно редуцировались, количество структурных фосфолипидов даже возрастало, что можно объяснить образованием многочисленных мембранных структур в зараженной клетке (рис. 2).

триглицериды I

микроспо-ридиоз

контроль ^ стандарт

Рис. 2

фосфолипиды 9 ф 1 : • ;

глюкоза • Рис. 3 глюкоза Шш

ЩЩр

трегалоза трегалоза

Ф | $ #

стандарт свежие споры старые споры стандарт

Рис. 2. Влияние микроспоридий на состав липидов в жировом теле сверчка Рис. 3. Сравнительное содержание водорастворимых углеводов в спорах микроспоридий Рис. 4. Влияние микроспоридий на содержание резервных белков жирового тела сверчка

Исчезновение запасных углеводов, в разиты, накапливая большие количества частности трегалозы (рис. 3), связано с трегалозы в спорах в качестве источника тем, что их интенсивно используют па- энергии (Долгих, Семенов, 2003). Однако

исчезновение липидов в зараженной клетке не может быть объяснено использованием их в энергетическом обмене микроспоридий. Будучи анаэробами, микроспоридии сами не могут утилизировать липиды, их вынуждена использовать зараженная ими клетка хозяина, чтобы компенсировать свои энергетические затраты, обусловленные поддержанием жизнедеятельности размножающихся паразитов. Заражение клетки микроспоридиями сопровождается также потерей структурных белков р60 (Селезнев и др., 1997) (рис. 4).

Таким образом, паразиты не только сами поглощают различные субстраты пластического и энергетического обмена клетки хозяина, но и заставляют функциональные системы зараженной клетки работать на себя, что и приводит к избыточному расходованию, а затем и к полному исчезновению липидных запасов клетки.

Воздействие микроспоридий на запасы и обменные процессы клеток жирового тела сверчка на организменном уровне приводит к нарушению основных функций этого органа - запасания и синтеза различных веществ, необходимых для обеспечения ими такого процесса как онтогенез. У зараженных микроспоридиями особей замедляется рост, нарушаются процессы линьки и защитные функции организма. У большинства насекомых-хозяев резко падает плодовитость, иногда отмечается полная стерилизация самок (Долгих и др., 1996).

Влияние пролиферативных стадий микроспоридий на активность неспецифических эстераз насекомого-хозяина.

Эстеразы в организме насекомых участвуют во многих физиологических процессах. Наиболее существенно их участие в липидном обмене, в расщеплении ювенильного гормона (ЮГ) на последних стадиях личинок при подготовке организма к метаморфозу, в процессах эмбриогенеза и детоксикации организма. Поэтому заслуживают внимания результаты опытов по влиянию микроспоридий

Вестник защиты растений, ,3, 2005 на активность множественных эстераз, которая была определена для брюшной нервной цепочки при микроспоридиозе чешуекрылых (Yefimenko et al., 2003), и для гемоцитов и жирового тела при мик-роспоридиозе прямокрылых насекомых (Соколова, Сундуков, 1999).

Для гусениц озимой совки Agrotis segetum, зараженных микроспоридией Vairimorpha antheraeae, показано, что в период пролиферации паразитов суммарная активность эстераз увеличивалась, но с началом спорогонии активность некоторых фракций резко снижалась и даже полностью подавлялась (рис. 5). Изучение эстеразной активности в жировом теле и гемоцитах двупятнистого сверчка Gryllus bimaculatus, зараженного микроспоридией Paranosema grylli, выявило подавление активности при переходе паразитов к спорогонии (Соколова, Сундуков, 1999; Соколова и др., 2000).

Анализ результатов этих опытов позволяет по-новому рассматривать причину гормонального дисбаланса ЮГ, проявляющегося у многих видов насекомых с полным превращением при микроспори-диозах. Возникающие при этом у насекомых патологические отклонения весьма напоминают картину, вызванную трансплантацией насекомым прилежащих тел corpora allatae. Она выражается в сохранении насекомыми при линьках признаков предшествующих стадий и в запрете для зараженных насекомых на метаморфоз и диапаузу (Исси, Токарев, 2002).

Основываясь на том, что эстеразы участвуют в снижении титра ЮГ в последних возрастах насекомых, что служит сигналом начала метаморфоза, а активность ряда форм этих ферментов под влиянием микроспоридий резко снижается, можно с достаточно высокой степенью уверенности утверждать о наличии взаимосвязи между падением активности ряда форм эстераз и эффектом избыточности ювенильного гормона у насекомых, зараженных микроспоридиями. Эти данные позволяют отказаться от высказанных ранее другими авторами предположений о двух причинах гормо-

Вестник защиты растений, ,3, 2005 нальных нарушений при микроспоридио-зах. Полученные нами данные противоречат как гипотезе о возможности продуцирования ювенильного гормона своего хозяина самими микроспоридиями, так и предположению об активации функции прилежащих тел под влиянием микроспоридий.

«-:-"- —— Щ0

«I р] а? = ~

| Г/! : ' ^ ■■ ' \

1 2 3 4 5

Рис. 5. Влияние микроспоридий на спектр эстераз брюшной нервной цепочки озимой совки: 1 - контроль; 2 - 3-й день заражения; 3 - 7-й день заражения; 4 - 12-й день заражения; 5 - 15-й день заражения

Увеличение активности эстераз на ранних этапах микроспоридиоза и последующее ее снижение в определенной мере могут объяснить также отмеченное в экспериментах сперва повышение устойчивости зараженных гусениц к другим патогенам (Исси, Онацкий, 1982), а затем резкое падение резистентности больных насекомых как к бактериальным препаратам, так и ко многим другим неблагоприятным факторам. Интересно, что падение резистентности еще более ярко, чем в поколении родителей, проявлялось в потомстве зараженных насекомых (Ефименко, Исси, 1987).

Влияние микроспоридий на метаболические пути насекомого-хозяина. Наиболее часто заражение микроспоридиями приводит к частичной или полной кастрации своего хозяина, причем у самок яичники либо не развиваются совсем, либо содержат небольшое число

развившихся яиц. В тех случаях, когда у самок двупятнистого сверчка не происходило развитие яичников, в их гемолимфе возрастало количество вителлоге-нинов (Селезнев и др., 1997).

Вероятно, клетки жирового тела продолжали продуцировать вителлоге-нины, но они оставались невостребованными недоразвитыми яичниками. В какой мере наличие в гемолимфе невостребованных белков оказывало влияние на общее проявление патогенеза микроспоридиоза определить, не удалось. Однако изучение сходной ситуации у чешуекрылых показало, что невостребованность производимого субстрата может приводить к отравлению организма насекомого-хозяина излишками биологического материала. Так, известно, что при заражении микроспоридиями Nosema bombycis шелкоотдели-тельных желез гусениц тутового шелкопряда Bombyx mori насекомые погибали от интоксикации аминокислотами, идущими на построение шелковой нити, но не поступающими в результате болезни в производящие шелк клетки.

Взаимодействие микроспоридий с иммунной системой насекомых при переходе паразитов к спорогонии. После полного заселения цитоплазмы клетки и формирования зрелых спор происходит полная деградация всех органелл, последними погибают митохондрии (после сильной вакуолизации) и ядро. Оболочка клеток разрушается и споры выпадают в кишечный тракт или в гемолимфу хозяина. В первом случае споры выводятся из организма с экскрементами и служат источником заражения новых особей. Во втором - гемоциты изолируют и уничтожают споры микроспоридий путем фагоцитоза и инкапсуляции. Для спор некоторых микроспоридий установлена способность подавления слияния фагосом с ли-зосомами путем блокирования процесса закисления фагосомы. Это свойство четко выражено при контакте спор микроспоридий с фагоцитами неспецифичных хозяев, либо с резидентными макрофагами, например в первичной культуре клеток

мышей (Weidner, 1975; Weidner, Sibley, 1985). Закисление фаголизосом, содержащих споры микроспоридий Paranosema grylli и P. locustae в активированных ге-моцитах специфичных насекомых-хозяев, происходит в 100% случаев как in vivo, так и in vitro (Токарев, 2003). Это говорит об определенных ограничениях механизма подавления слияния фагосом с лизо-сомами, направленного на выживание спор микроспоридий при их фагоцитировании. Однако часть спор, попадающих в фаголизосомы гемоцитов или заключенных в меланизированные капсулы, остается способной выбросить полярные трубки и заразить другие клетки хозяина.

У гусениц капустной белянки Pieris brassicae, зараженной микроспоридией Vairimorpha mesnili, споры, захваченные одиночными гемоцитами, в массе выбрасывают полярные трубки. Но при сильном заражении насекомого гемоциты, полностью заполненные спорами, в результате агглютинации образуют скопления, заключенные в толстостенные соединительно-тканные капсулы размером до 0.5 мм (Исси, 1968). Споры погибают, но меланизация этих капсул происходит крайне редко.

В жировом теле сверчка Gryllus bimaculatus в очагах массового образования спор микроспоридии P. grylli отмечено интенсивное отложение меланина. Нами показано, что при отложениях меланина у двух видов прямокрылых насекомых - сверчка и саранчи Locusta migratoria, зараженных каждое своим видом микроспоридий (P. grylli или P. locustae), наблюдается повышение доли тератоспор микроспоридий (табл.). На основании этих данных сделано заключение о том, что меланин может оказывать тератогенный эффект на процесс спорогенеза у микроспоридий (Токарев, 2003).

Однако у большинства изученных нами и описанных в литературе случаев микроспоридиоза насекомых даже в острой фазе заболевания не наблюдалось ни меланизации, ни гемоцитарной инфильт-

Вестник защиты растений, ,3, 2005 рации тканей.

Данные по уровню фенолоксидазной (ФО) активности гемолимфы в процессе развития микроспоридиоза или при инъекции спор в полость тела насекомых позволяют предположить наличие способности микроспоридий подавлять ФО систему гемолимфы насекомых-хозяев (Соколова и др., 2000; Лозинская, 2002; Токарев, 2003). Для проверки этого предположения проведены эксперименты in vitro, результаты которых показали, что после инкубации монослоев гемоцитов со спорами микроспоридий в течение 1-2 часов доля ФО-положительных гемоци-тов резко снижается. Этот эффект наблюдается при контакте спор с гемоци-тами не только специфичного хозяина, но и других видов прямокрылых, и сильнее выражен при большем времени совместной инкубации. Интересным было то, что наиболее сильное снижение доли ФО-положительных гемоцитов сверчка происходило при контакте со спорами микроспоридии P. locustae, высоко патогенного паразита саранчовых с широким кругом насекомых-хозяев (рис. 6).

Эффективная агглютинирующая активность гемолимфы насекомых свидетельствует о достаточном уровне соединений, способных связывать чужеродные клетки. Роль агглютининов, в т.ч. аполи-пофоринов, в распознавании чужого и активации гемоцитов и фенолоксидазной системы достаточно хорошо изучена у насекомых и других беспозвоночных (Halwani, Dunphy, 1999; Niere et al., 1999; Halwani et al., 2000). Для гемолимфы двупятнистого сверчка показан сравнительно высокий уровень агглютинации эритроцитов человека (используемых как модельный объект) и спор P. grylli. Распознавание чужеродных клеток обоих типов основано на неспецифическом гидрофобном взаимодействии и осуществляется одним и тем же компонентом гидрофобной белковой фракции гемолимфы (Токарев, 2003).

На всем протяжении развития микро-споридиоза титр агглютинации у сверчка остается на исходном уровне и только в

Вестник защиты растений, 3, 2005 случае острой фазы заболевания, сопровождающейся накоплением большого количества меланизированных капсул и гранул, агглютинирующая активность гемолимфы заметно снижена.

0,4

§■ 0,3

о

2

0,2

О ©

0,1

Контроль

P. grylli

P. locustae

Рис. 6. Доля фенолоксидазоположительных клеток в монослое гемоцитов сверчка после инкубации со спорами микроспоридий Paranosema grylli и P. locustae

Это соответствует данным, приведенным для других протистов. Падение титра агглютинации гемолимфы отмечено при массовом отложении меланиновых гранул в мальпигиевых сосудах пустынной саранчи Schistocerca gregaria, пораженных Malpighamoeba locustae (Lackie et al., 1981).

Таблица. Влияние меланизации на спорогенез микроспоридий прямокрылых

_насекомых-хозяев_

Доля спор микроспоридий с

нарушениями развития, %_

В свободных от ме- В меланизирован-ланина тка- ных

_нях_тканях_

Locusta

migratoria 0.6 ± 0.27 5.9 ± 0.74

Gryllus

bimaculatus 0.9 ± 0.21_4.1 ± 0.29

Вероятно, происходит связывание агглютининов с поверхностью зараженных клеток или меланизованных капсул при реализации защитных реакций. Связывание лектинов с меланиновыми отложениями показано при инокуляции комаров p. Aedes микрофиляриями Brugia malayi (Nayar, Knight, 1997). Предположение о связывании агглютининов гемолимфы в очагах меланизации при микроспоридио-

Виды

зе сверчка согласуется с нашими данными по агглютинации спор микроспоридий, поскольку в фазе острого микроспо-ридиоза из разрушенных клеток масса спор попадает в гемолимфу, и именно в этих местах происходит интенсивный меланогенез, опосредованный гемоцита-ми. Снижение агглютинирующей активности в гемолимфе сильно зараженных насекомых может быть дополнительным фактором снижения иммунного статуса насекомых-хозяев; однако это не может иметь широкого распространения, так как высокий уровень меланизации при микроспоридиозе известен только для отдельных паразито-хозяинных систем.

Суммируя изложенное, к факторам патогенности микроспоридий мы относим их способность:

- осуществлять заражение клеток хозяина, избегая опасных для спороплазм воздействий пищеварительных ферментов и контактов с фагоцитами в начале своего развития;

- подавлять ФО активность гемолимфы и иммунный потенциал насекомого;

- использовать метаболический аппарат клетки насекомых для обеспечения энергией процессов собственного внутриклеточного развития;

- резко снижать углеводные резервы клетки хозяина;

- снижать липидные запасы клетки хозяина;

- влиять на активность ферментов хозяина, регулирующих его развитие;

- избыточно стимулировать компенсаторные и репаративные реакции хозяина в период пролиферации, вызывая износ этих систем.

Патологические процессы, служащие причиной гибели и снижения численности насекомых при микроспоридиозе:

- дисфункция инвазированных клеток, тканей или органов, вызванная их заселением паразитами и способная привести к отравлению организма продуктами метаболизма, невостребованными этой тканью или органом;

0

- недостаточность вследствие использования паразитами энергетических субстратов, необходимых хозяину в периоды энергоемких процессов его развития, приводящая к нарушению таких процессов как рост, линьки, метаморфоз, созревание половой продукции, миграции, зимовка и другие;

- недостаточность энергетических и пластических субстратов, как следствие активированных инвазией репаративных и компенсаторных реакций - усиления процессов обмена, увеличения числа клеточных органелл - митохондрий, мембран и цистерн ретикулума и других;

- дисбаланс ювенильного гормона (ЮГ) и экдизона, спровоцированный влиянием микроспоридий на активность ферментов хозяина и имеющий результатом патологию метаморфоза и нарушения фотопериодической реакции;

- падение резистентности к любым отрицательным биотическим (другие патогены или паразиты) и абиотическим факторам (инсектициды, сублетальные температуры) вследствие перечисленных выше причин;

- снижение плодовитости, стерилизация и паразитическая кастрация.

Суммируя изложенное, мы приходим к выводу, что патогенные свойства таких внутриклеточных паразитов как микроспоридии обусловлены их полной зависимостью от метаболической активности клетки хозяина и характерным вследствие этого направленным воздействием паразитов на клетку и организм хозяина в целях обеспечения условий для пролиферации своих внутриклеточных стадий и созревания спор, готовых к заражению новых особей хозяина. Именно это целенаправленное воздействие на организм хозяина и служит причиной возникновения патологических нарушений, либо снижающих жизненный потенциал зараженной особи, либо приводящих хозяина к летальному исходу.

Результаты исследований, проведенных на паразито-хозяинной системе «микроспоридия-насекомое», выявили универсальный характер воздействия этих паразитов на зараженную ими клетку, ткань или орган, что свидетельствует о возможности использования полученных нами данных для оценки характера и силы патогенного воздействия микроспоридий на животного-хозяина любого систематического положения.

Литература

Бабурина Г.Н., Исси И.В., Ефименко Т.М., Кляньвиньш М.С., Раппопорт Е.Г., Соколова Ю.Я. Дыхательная активность митохондрий гусениц озимой совки Agrothis segetum при микроспоридио-зе. /Бюлл. ВИЗР, 73, 1989, с.7-10.

Долгих В.В. Влияние микроспоридии Nosema grylli и кокцидии Adelina grylli на активность четырех ферментов энергетического и углеводного обмена в жировом теле сверчков Gryllus bimaculatus. /Паразитология, 32, 5, 1998, с.464-469.

Долгих В.В., Григорьев М.В., Соколова Ю.Я., Исси И.В. Сравнительное изучение влияния микроспоридии Nosema grylli и кокцидии Adelina sp. на развитие яичников и активность трех дегидрогеназ в жировом теле самок сверчков Gryllus bimaculatus. /Паразитология, 30, 1, 1996, с.70-75

Долгих В.В., Семенов П.Б., Григорьев М.В. Энергетический обмен микроспоридии Nosema grylli во время внутриклеточного развития. /Паразитология, 36, 6, 2002, с.493-501.

Долгих В.В., Семенов П.Б. Катаболизм трегало-зы в спорах микроспоридии Nosema gryll. /Паразитология, 37, 2003, с.372-377.

Ефименко Т.М., Исси И.В. Восприимчивость чешуекрылых к биопрепаратам при микроспори-диозе. /Современные проблемы протозоологии. Тез. докл. IV съезда ВОПР, Л., 1987, c.199-200.

Исси И.В. Микроспоридии, регулирующие численность вредных видов. /Труды ВИЗР, 31, 1968, с.300-330.

Исси И.В., Онацкий Н.М. Смертность гусениц капустной белянки Pieris brassicae L. от смешанного заболевания, вызванного микроспоридией Nosema mesnili и бактерией Bacillus thuringiensis v. gallería. /Бюлл. ВИЗР, 52, 1982, с.3-9.

Исси И.В., Онацкий Н.М. Особенности взаимоотношений микроспоридий и насекомых на ранних этапах заболевания. /Сер. Протозоология, 9. "Пара-зито-хозяинные отношения. Эволюция паразитизма у простейших", 1984, с.102-113.

Исси И.В., Токарев Ю.С. Влияние микроспоридий на гормональное состояние насекомых-хозяев. /Паразитология, 36, 5, 2002, с.405-421.

Лозинская Я.Л. Изменение активности детокси-цирующих ферментов и антиоксидантного статуса личинок Galleria mellonella L. при микроспоридио-

зе. Автореф. канд. дисс., Новосибирск, 2002, 19 с.

Селезнев К.В., Антонова О.А., Исси И.В. Влияние микроспоридиоза на состав белков в жировом теле и гемолимфе сверчков. /Паразитология, 31, 2, 1997, с.181-185.

Соколова Ю.Я., Исси И.В. Энтомопатогенные простейшие и особенности патогенеза протозойных заболеваний насекомых. В кн.: «Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты», М., "Круглый год", 2001 с.76-188.

Соколова Ю.Я., Сундуков В.В. Подавление эс-теразной активности как специфичная черта патогенеза микроспоридиоза сверчка Gryllus bimaculatus. /Паразитология, 33, 1999, с.527-535.

Соколова Ю.Я., Токарев Ю.С., Лозинская Я.Л., Глупов В.В. Морфофункциональный анализ гемо-цитов сверчка Gryllus bimaculatus (Orthoptera, Gryllidae) в норме и при остром микроспоридиозе, вызываемом Nosema grylli. /Паразитология, 32, 2000, с.408-419

Токарев Ю.С. Иммунные реакции гемолимфы прямокрылых насекомых при микроспоридиозе. Ав-тореф. канд. дисс., С-Петербург-Пушкин, 2003, 20 с.

Dolgikh V., Sokolova Y., Issi I. Activities of Enzymes of Carbohydrate and Energy Metabolism of the Spores of the Microsporidian, Nosema grylli. /J. Euk. Microbiol., 44, 3, 1997, р.246-249.

Halwani AE, Dunphy GB. Apolipophorin-III in Galleria mellonella potentiates hemolymph lytic activity. Dev Comp Immunol., Oct-Dec,23(7-8), 1999, p.563-70.

Halwani A.E., Niven D.F., Dunphy G.B., Apolipophorin-III and the interactions of lipoteichoic acids with the immediate immune responses of Galleria mellonella. /J. Invertebr. Pathol., 76, 2000, p.233-241.

Hiit R.P., Healy B., Vossbrinck C.R., Canning E.U.,

Embley T.M. A mitochondrial Hsp70 orthologue in Vairimorpha necatrix: molecular evidence that microsporidia once contained mitochondria. /Curr. Biol., 7, 1997, р.995-998

Ishihara R., Hayashi Y. Some properties of ribosomes from sporoplasm of Nosema bombycis. /J. Invertebr. Pathol., 11, 1968, p.377-385.

Yefimenko T.M., Sundukov O.V., Issi I.V. Effect of Microsporidia infection on the esterases activities in Agrotis segetum caterpillars. /Вест. зоологии, 35, 4, 2001, c.45-50

Lackie A.M. The specifity of the serum agglutinis of Periplaneta americana and Schistocerca gregaria and its relationship to the insect immune response. /J. In-sect.Physiol., 27, 1981, p.139-143.

Nayar J.K., Knight W., Hemagglutinins in mosquitoes and their role in the immune response to Brugia malayi (Filarioidea: Nematoda) larvae. /Comp. Biochem. Physiol., 118A, 1997, p.1321-1326.

Niere M, Meisslitzer C, Dettloff M, Weise C, Ziegler M, Wiesner A. Insect immune activation by recombinant Galleria mellonella apolipophorin III(1). /Biochim Biophys Acta Aug 17, 1433(1-2) 1999,p.16-26

Trager W. Some aspects of intracellular parasitism. Science. 1974 Jan 25;183(122):269-73.

Vossbrinck C.R., Woese C.R. Eukaryotic ribosomes that lack a 5.8S RNA. /Nature, 320, 1986, p.287-288.

Weidner E. Interactions between Encephalitozzon cuniculi and macrophages. Parasitophorous vacuole growth and the absence of lysosome fusion. /Z. Parasitenkd., 47, 1975, s.1-9.

Weidner E., Sibley L.D. Phagocytized intracellular microsporidian blocks phagosome acidification and phagosome-lysosome fusion. /J. Protozool., 32, 1985, p.311-317.

FACTORS OF THE PATHOGENICITY OF MICROSPORIDIA, INTRACELLULAR

PARASITES OF INSECTS I.V.Issi, V.V.Dolgikh, Yu.Ya.Sokolova, Yu.S.Tokarev Microsporidia are ancient eukaryotic protists which are perfectly adapted for intracellular parasitism. These organisms possess the smallest genome among all eukaryotes and their pathogenicity is completely determined by the metabolic activity of the host cells (in the first place, it depends on the production of the exogenic ATP necessary for the parasites' development), since the parasites hand over the vital functions of their cell to the host and use substrates of the host cell for ensuring their vitality.