Wolbachia baktériumok: a manipuláció mesterei a gerinctelenek világában

"A manipuláció az emberi együttélés elkerülhetetlen kísérője. A kérdés nem az, részt veszünk-e benne vagy sem, hanem az, kik leszünk: a manipuláció kiszolgáltatott áldozatai, vagy pedig haszonélvezői."                                       (Josef Kirschner: A manipuláció művészete, 2014)

A fenti idézet szerzője szerint mindannyiunkat születésünktől fogva manipulálnak, sőt, mi magunk is állandóan igyekszünk saját előnyünkre befolyásolni embertársainkat. Ez az állandó igyekezet az emberi együttélés egy rendkívül fontos eleme, ugyanakkor ez a játszma jóval ősibb eredetű az emberiségnél, már a mikroorganizmusok szintjén is megjelenik.

Szerző: Dr. Bereczki Judit (Molekuláris Taxonómiai Labor)

A Wolbachia nemzetségbe tartozó baktériumok mesteri fokra fejlesztették manipulációs képességeiket. Valószínűleg ennek köszönhető, hogy ők az egyik legelterjedtebb sejten belül élő baktériumok: a szárazföldi rovarfajok több mint 50%-át fertőzik, de más ízeltlábúakban és fonalférgekben is gyakran előfordulnak. Felfedezésük két amerikai kutató, Marshall Hertig és Samuel Wolbach nevéhez fűződik, akik a dalos szúnyogok ivarszerveit tanulmányozva bukkantak rájuk.

wolbachia.png

Wolbachia baktériumok dalos szúnyog sejtekben Mahilum és munkatársai (2003) nyomán.

Reproduktív parazitizmus

A Wolbachiák egyik legérdekesebb jellemvonása, hogy a gazdaszervezeteikkel való kapcsolatuk igen széles skálán mozoghat: lehetnek a gazdák szaporodását befolyásoló paraziták, de kölcsönösen előnyös kapcsolatot is kialakíthatnak velük.

Ezek a baktériumok anyai leszármazási vonalak útján adódnak tovább egyik generációból a másikba. Gazda-parazita kapcsolat esetében olyan módon manipulálják a gazdaszervezeteik szaporodási rendszerét, hogy a nőstény utódok számát maximalizálni tudják, hiszen rajtuk keresztül maradhatnak fenn. A leggyakrabban alkalmazott módszerük az ún. sejtplazmás inkompatibilitás, ami azt jelenti, hogy a Wolbachiával fertőzött hím gazdák nem képesek megtermékenyíteni a fertőzésmentes vagy az eltérő törzzsel fertőzött gazdanőstényeket. A jelenség hátterében az áll, hogy a Wolbachiák erőteljes hatással lehetnek a sejtosztódási folyamatokra: el tudják azt érni, hogy az embrionális fejlődés korai szakaszában zajló osztódások során az anyai és apai eredetű kromoszómák érése egymáshoz képest időben eltolódjon, amelynek eredményeképpen az osztódási folyamat nem tud rendeltetésszerűen lezajlani. A Wolbachiák általi hímgyilkosság az embrionális fejlődés korai szakaszában zajlik, és eredményeképpen a túlélő nőstény utódoknak több táplálék jut. A jelenség populációs szinten ivararány-eltolódáshoz vezet, akárcsak a feminizáció, vagyis a genetikailag hím utódok funkcionális nőstényekké alakítása, amit az ászkarákokban a hímek kialakulásáért felelős androgén mirigyhez kötődő hormonális jelátviteli útvonalak befolyásolásán át valósítanak meg, míg a lepkékben a kromoszómák szintjén avatkoznak bele az ivar meghatározási rendszer működésébe. A szűznemzés az ivaros nőstények öntermékenyítő szaporodását jelenti. A Wolbachia-k az ún. haplodiploid öröklésmenettel rendelkező fajok (pl. darazsak) nőstényeit képesek szűznemzéssel való szaporodásra kényszeríteni. Ezen fajok esetében a megtermékenyítetlen, haploid petékből hímek, a megtermékenyített, diploid petékből pedig nőstények jönnek létre. Wolbachiák hatására azonban a megtermékenyítetlen petékből is nőstények alakulnak ki.

reproduktivmanipulacio.png

A Wolbachiák reproduktív parazitizmusának formái Werren és munkatársai (2008) nyomán.

A Wolbachiák – a citoplazmás inkompatibilitáson keresztül – a gazdában jelen lévő genetikai elemek, így az energia előállításában és annak elraktározásában szerepet játszó sejt szervecskék, a mitokondriumok DNS-ére (mtDNS) is jelentős befolyással lehetnek. A mtDNS az esetek nagy részében ugyanis szintén anyai ágon öröklődik, így egy adott Wolbachia-törzs és a gazdájában jelenlevő mtDNS változat között szoros a kapcsolat.

A mtDNS változatosságára a Wolbachiák kétféle hatást fejthetnek ki. Ha egy fertőzött nőstény bevándorol egy fertőzésmentes populációba, és ott szaporodik, akkor az utódai nagy valószínűséggel mind fertőzöttek lesznek, az általa hordozott mtDNS-variáns pedig egyre inkább elterjedtté válik. A fertőzött hím utódok ugyanis a citoplazmás inkompatibilitáson keresztül biztosítják, hogy az utódpopulációban jelen levő többi, fertőzésmentes nőstény ne tudjon szaporodni. Ennek következtében tehát egyetlen mtDNS variáns dúsul fel a populációban, vagy akár az egész fajban, vagyis a mtDNS variabilitása jelentősen lecsökken, szélsőséges esetekben lenullázódik. Több Wolbachia-törzs egyidejű jelenléte egy adott gazdafaj különböző egyedeiben ennek éppen az ellenkezőjéhez vezet: váratlanul nagy genetikai távolságot eredményezhet a mtDNS különböző változatai között.

Bárkód hamisítás

A Wolbachiáknak a mtDNS-re gyakorolt erőteljes hatása komoly problémát jelent a molekuláris alapon történő fajmeghatározás során, amit az állatvilágban éppen a mtDNS egy speciális szakasza alapján lehet elvégezni. Ez a DNS-szakasz gyakorlatilag egyfajta vonalkódként (bárkódként) szolgál, amelynek a segítségével a fajokat olyan módon lehet beazonosítani, mint ahogyan a boltokban a pénztárgép speciális vonalkódok alapján ismeri fel az egyes termékeket.

barkodalapufajazonositas.png

Bárkód-alapú fajazonosítás

Ha ugyanis a különböző, egymással hibridizáló fajok hordozzák ugyanazt a Wolbachia-törzset, akkor előfordulhat, hogy a két faj mtDNS-e nem fog különbözni egymástól. A Wolbachiáknak ez a mtDNS variánsokat homogenizáló hatása figyelhető meg két, ugyanazt a törzset hordozó afrikai lepkefaj esetében (Acrea encedon és Acrea encedana). Míg ezek a fajok tisztán elkülöníthetők morfológiailag és a sejtmagi DNS alapján, mégis egységesnek tűnnek a bárkódolás alapjául szolgáló mtDNS szerint. Ezt nevezik „egy bárkód – két faj” jelenségnek.

acrea.png

Egy bárkód – két faj: Acrea encedon és Acrea encedana (forrás: Wikipedia)

Ugyanakkor, ha egy fajon belül a különböző populációk eltérő törzsekkel fertőzöttek, akkor a szóban forgó faj látszólag több fajnak tűnhet azáltal, hogy az egyes populációk különböző fertőzéseket tartanak fenn, elvezetve a „két bárkód – egy faj jelenséghez”. A mocsári szénalepke (Coenonympha tullia) észak-amerikai populációiban például két rendkívül eltérő mtDNS változat van jelen, mindkettő speciális Wolbachia-fertőzésekkel párosul. Ugyanakkor sem morfológiai jellemzők, sem pedig sejtmagi DNS szekvenciák alapján nem lehet a két különböző mtDNS-típussal rendelkező csoportot elkülöníteni.

coenonymphatullia.jpg Két bárkód – egy faj: Coenonympha tullia (forrás: Wikipedia)

Természetvédelmi jelentőség

A Wolbachia-k ugyanakkor a citoplazmás inkompatibilitás miatt természetvédelmi szempontból is rendkívül jelentősek. Egy észak-amerikai boglárkalepke fajokkal (Lycaeides melissa-samuelis komplex) kapcsolatos kutatás mutat rá arra, hogy a Wolbachia fertőzések feltérképezése kulcsfontosságú a visszatelepítési programok megtervezése során. Abban az esetben ugyanis, ha nem megfelelően megválasztott (nem ugyanazzal a törzzsel fertőzött) forráspopulációból telepítünk be egyedeket a megmentésre szoruló célpopulációba, akkor a citoplazmás inkompatibilitáson keresztül elpusztíthatjuk azt.

lycaeides.jpg

A Wolbachiák természetvédelmi jelentősége: Lycaeides melissa-samuelis komplex

(Catherine Herms fotója)

A bejegyzés trackback címe:

https://mttmuzeum.blog.hu/api/trackback/id/tr5418381535

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.

Hirdetés

Látogasd meg honlapunkat, lájkolj és kövess minket! Facebook, Twitter, YouTube, Tumblr, Pinterest

logo_jpg.jpg

mti_hirfelhasznalo.jpg

Facebook oldaldoboz

Friss témák

Rovatok

Szerzők

Információk, ajánlók

 

 

 

 

Naptár

május 2024
Hét Ked Sze Csü Pén Szo Vas
<<  < Archív
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31
süti beállítások módosítása