Сотрудники Института систематики и экологии животных СО РАН и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН изучили, как паразитоиды изменяют микробиоту и иммунитет вощинной огневки, тем самым способствуя развитию грибной инфекции. Исследование, результаты которого опубликованы в Scientific Report, показывает взаимосвязь между кишечным иммунитетом и защитными свойствами покровов насекомого.
Вощинная огневка здесь выступает в качестве модельного объекта. Температура у этого насекомого — около 37 °C (что связано с ее обитанием в пчелиных ульях, а также способностью к поведенческой терморегуляции). Кроме того, его несложно содержать в лаборатории. Поэтому с ним сейчас работают во всем мире и используют для изучения, в том числе человеческих патогенов.
В исследовании пчелиная огневка выступила в качестве хозяина для паразитоида габробракона (Habrobracon hebetor), который парализует жертву ядом, откладывает на ней яйца и «выращивает» личинок. «Чтобы потомство могло питаться беспрепятственно, паразитоиду нужно понизить иммунитет хозяина. Однако сделать это таким образом, чтобы избежать вторичного заражения жертвы различными инфекциями. И здесь есть проблема: у парализованного насекомого практически прекращается перистальтика кишечника, начинается дисбиоз и размножение бактерий, в том числе и условно патогенных. Эти бактерии могут вызвать разрушение стенок кишечника и проникнуть в полость тела, тогда у хозяина наступит заражение гемолимфы, и он очень быстро начнет гнить. При таком положении дел личинки паразитоида не успеют развиться, — рассказывает заведующий лабораторией экологической паразитологии ИСиЭЖ СО РАН доктор биологических наук Вадим Юрьевич Крюков. — Мы увидели: парализованные личинки огневки способны реагировать на размножение бактерий в кишечнике активацией кишечного иммунитета. У них возрастает уровень антимикробных пептидов, и это может предотвратить попадание бактерий в гемолимфу. Получается, сам иммунитет хозяина работает на то, чтобы личинки паразитоида могли успешно закончить свое развитие».
Габробракон атакует огневку. Фото Виктора Глупова
В норме в кишечнике у вощинной огневки преобладают грамположительные бактерии, преимущественно энтерококки. Когда происходят какие-либо нарушения, они заменяются на грамотрицательные. Бактериальное сообщество меняется в сторону более агрессивного, но иммунитет сдерживает этот процесс, что позволяет огневке жить и «кормить» паразитоида. Ученый отмечает, что такой эффект — реакция именно иммунитета хозяина. Если огневку искусственно заражать бактериями, то ее личинки, не пораженные паразитоидом, продемонстрируют похожую реакцию.
Когда в систему включаются энтомопатогенные грибы — паразитические грибы, поражающие насекомых, — ситуация становится еще интереснее. Исследователи обнаружили: личинки восковой моли, парализованные ядом паразитоида, становятся в тысячи раз восприимчивее к таким грибам. В частности, к Beauveria bassiana, — он имеет специальные приспособления, чтобы проникать через кутикулу и колонизировать полость тела хозяина, вырабатывая для этого специальные группы ферментов. Если на кутикуле парализованной огневки заводится Beauveria bassiana, то он убивает и ее, и паразитоида.
Прорастание гриба B. bassiana в кутикулу огневки (светлые пятна — очаги массового прорастания). Фото Вадима Крюкова
«Мы обнаружили: сдвиг, который происходит в кишечном сообществе, когда меняется перистальтика, даже способствует тому, чтобы грибная инфекция протекала более активно. Это похоже на то, как если бы у нас наблюдался дисбиоз кишечника, и от этого мы лучше заражались, например, грибком стоп. Получается, парализованные паразитоидами организмы оказываются более восприимчивыми к наружным, кутикулярным, инфекциям, — говорит Вадим Крюков.— Есть предположение, что существуют какие-то компенсаторные взаимосвязи между иммунными реакциями в кутикуле и в кишечнике. Если хозяин усиливает иммунитет в последнем, он становится более подвержен наружным (кутикулярным) инфекциям, и наоборот. Это пока только гипотеза, хотя уже в нескольких научных работах показаны подобные эффекты».
При заражении грибом парализованное насекомое может реагировать активизацией ряда ферментов в кутикуле, а также клеточного иммунитета. То есть это не безжизненный субстрат для развития паразита, а организм, способный отвечать на внедрение различных патогенов. Однако одним (условно-патогенным) инфекциям он может противостоять, а другим (более специализированным) — уже нет.
Работы, показывающие на насекомых взаимосвязь между патогенами, проникающими через кутикулу, и кишечными симбионтами, только начинают развиваться. Тем не менее тема уже является трендовой для сегодняшней биологии. Здесь могут быть и прикладные выходы (например, эти знания можно было бы использовать для биологического контроля вредных насекомых).
Сейчас сотрудники ИСиЭЖ СО РАН осуществляют подобные исследования на колорадском жуке — без участия паразитоидов, зато с применением различных природных токсикантов. Как сообщает Вадим Крюков, в этой работе наблюдаются сходные эффекты взаимосвязи кишечника и покровов.
Исследования поддержаны проектами РФФИ № 18-04-00335 и № 18-34-20060.
Диана Хомякова
Фото Виктора Глупова (1), Вадима Крюкова (2, анонс)
