Dr Eliza Głowska, adiunkt w Zakładzie Morfologii Zwierząt na Wydziale Biologii, otrzymała właśnie grant „Roztocze jako model testowania interakcji bakterii endosymbiotycznych: czy symbionty toczą wojnę w organizmach roztoczy?”. Projekt będzie realizować we współpracy z dr. Janem Hubertem z praskiego Instytutu Badania Upraw w ramach konkursu NCN Weave-UNISONO. Z dr Elizą Głowską rozmawia Magda Ziółek.
Czym są roztocze, z grubsza wszyscy wiemy, natomiast bakterie endosymbiotyczne mogą sprawić już więcej kłopotu.
Założenie, że z grubsza wszyscy wiemy, jest mocno optymistyczne (śmiech). Trochę żartuję, ale trochę nie. Nie chciałabym teraz wchodzić w niuanse pochodzenia i powiązań filogenetycznych między pajęczakami, które w powszechnej świadomości funkcjonują pod nazwą roztoczy, więc upraszczając, przyjmijmy, że mówiąc roztocze, mamy na myśli organizmy należące do dwóch nadrzędów: roztocze właściwe i dręcze. Mam głębokie przekonanie, że powszechnie bardzo mało wiemy o tej grupie stawonogów. A szkoda. Odpowiedzialnością za tę niewiedzę można obarczyć niewielkie rozmiary ciała roztoczy. Ich średnia wielkość to zaledwie 0,5-1 mm, więc trudno dostrzec je gołym okiem. Jednak skutki ich działalności są już bardzo dostrzegalne i odczuwalne. A także szalenie interesujące.
Prawdę powiedziawszy, mówiąc że coś wiemy o roztoczach, myślałam bardziej o konsekwencjach, jakie ich obecność niesie dla naszego zdrowia…
Konsekwencjach, dodajmy, najczęściej dla nas nieprzyjemnych. Jednak zróżnicowanie roztoczy znacznie wykracza poza powszechnie znane gatunki kurzowe, nużeńce, świerzbowce czy kleszcze. Proszę sobie wyobrazić, że grupa ta, pod względem różnorodności gatunkowej niemal dorównuje owadom. Szacuje się ją na około milion gatunków, a bardziej śmiałe szacunki mówią nawet o trzech do pięciu milionach. A do tej pory poznano i opisano… zaledwie ok. 50 tys. z nich. Jednak nawet ta fragmentaryczna wiedza pozwala nam na rozpoznanie zaskakującego zróżnicowania tych organizmów, przejawiającego się w budowie ciała, niewiarygodnej wręcz sprawności w zasiedlaniu skrajnie różnych środowisk oraz mnogości wypracowanych strategii życiowych. Żyją na lądzie, ale również w wodzie, nawet w gorących źródłach, a niektóre „leniwe” wykorzystują zjawisko forezy, czyli podróżują na ciele innych zwierząt. Istnieją zarówno formy wolno żyjące, jak i pasożytnicze. Gatunki saprofagiczne, roślinożerne i drapieżne. Roztocze mogą generować szkody nie tylko w naszych domach, ale również w rolnictwie i sadownictwie, jak np. szpeciele lub przędziorki, a także straty w magazynach żywności, jak np. rozkruszki.
Przekonała mnie pani. Zostańmy zatem przy roztoczach. Wiem, że projekt poświęcony jest specyficznej grupie tych organizmów.
Tak, dutkowcom. Pozwolę sobie na pewną wizualizację. Otóż proszę sobie wyobrazić ptaki podjadające ziarenka w karmniku. Często podziwiamy ich barwne upierzenie, wielu z nas wie, że pióra chronią ptaki przed niekorzystnymi warunkami pogodowymi, że wabią partnerów i oczywiście umożliwiają latanie. Część z nas wie także, że ciało ptaka jest pewnego rodzaju ekosystemem, że na piórach obecne są komensaliczne roztocze, czy keratofagiczne wszoły. Jednak tylko niewielu z nas zdaje sobie sprawę z tego, że dolna część osi pióra, osadzona w ciele ptaka tzw. dutka, może być wykorzystana jako przytulne mieszkanko dla grupy maleńkich, ośmionożnych stawonogów, nazywanych roztoczami dutkowymi. I to właśnie ta grupa jest przedmiotem naszych badań. Dutkowce są stałymi pasożytami ptaków. Cały cykl życia tych organizmów realizuje się w dutce, w której roztocze odżywiają się i rozmnażają. Samice opuszczają dutkę i kolonizują nowe pióra w czasie pierzenia ptaków, lęgów lub okazjonalnie w wyniku przeskoków między różnymi żywicielami. Proporcja płci u większości gatunków jest silnie zaburzona w kierunku nadreprezentacji samic - jeden samiec przypada na wiele samic, u innych nigdy nie znaleziono samca.
Z czego to może wynikać?
Roztocze są pasożytami ptaków, ale równocześnie mogą być gospodarzami innych intrygujących mikroorganizmów - bakterii z rodzajów Wolbachia i Spiroplasma. Jeśli oglądała pani „Seksmisję”, to proszę sobie wyobrazić, że ten czarny sen się ziścił. Przynajmniej w niektórych grupach stawonogów.
?
Wolbachia to rodzaj szeroko rozpowszechnionych wśród stawonogów i nicieni bakterii wewnątrzkomórkowych czyli endosymbiontów. Z reguły bakterie te transmitowane są z matki na potomstwo za pośrednictwem komórek jajowych. U stawonogów Wolbachia zachowuje się jak pasożyt reprodukcyjny, manipuluje gospodarzem na cztery możliwe sposoby tj. indukuje partenogenezę, czyli rozwój z niezapłodnionego jaja, wywołuje feminizację, czyli zmienia genetycznych samców w samice, niezgodność cytoplazmatyczną - śmierć embrionów powstałych z plemników i komórek jajowych zainfekowanych różnymi szczepami bakterii lub uśmierca genetyczne samce.
I po co to wszystko?
Efekty tych wszystkich manipulacji mają zmaksymalizować własną transmisję Wolbachii. Ale bakterie endosymbiotyczne to nie tylko manipulanci reprodukcyjni. U pluskwy Wolbachia może także pełnić funkcję endosymbionta pokarmowego. U innych stawonogów zapewnia ochronę przed pewnymi patogenami np. wirusami. Właściwość ta jest wykorzystywana m. in. w światowej kampanii walki z dengą - chorobą tropikalną, wywoływaną przez wirusa dengi. Wyniki naszych wcześniejszych badań nad dutkowcami zaowocowały wykryciem trzech supergrup bakterii, w tym dwóch wcześniej nauce nieznanych, w obrębie zaledwie czterech gatunków roztoczy. To sugeruje, że kontynuacja badań nad tą grupą stawonogów może istotnie przyczynić się do wzrostu wiedzy na temat różnorodności bakterii, sposobów jej transmisji i ewolucji. Nasze dalsze badania nad mikrobiomem roztoczy potwierdziły obecność kilku różnych supergrup Wolbachii, a dodatkowo ujawniły występowanie innego endosymbionta, tj. Spiroplasmy. Co ciekawe, wariantu także wyraźnie odrębnego od tych, które wykrywano u innych stawonogów. W ramach projektu, o którym rozmawiamy, chcielibyśmy się bliżej przyjrzeć zarówno Wolbachii, jak i Spiroplasmie oraz w przypadkach ich współwystępowania, przeanalizować możliwe interakcje.
Zaintrygowało mnie pytanie, zawarte w tytule projektu, czy symbionty toczą wojnę w organizmach roztoczy. Toczą ją?
Przypuszczamy, że współwystępowanie Wolbachii i Spiroplasmy u roztoczy może przyczyniać się do przyspieszenia ewolucji symbiontów, co wyjaśniałoby obserwowaną wyraźną odrębność i różnorodność wykrytych szczepów. To może skutkować zgodnością lub niezgodnością występowania określonych wariantów genetycznych bakterii w ciele gospodarza oraz znaleźć odzwierciedlenie w jego zdolności reprodukcyjnej. „Wojna genów” między ewoluującymi endosymbiontami może być skierowana na manipulację szlakami odpornościowymi gospodarza i wytwarzanie związków obronnych przeciwko konkurującym symbiontom. W powyższym kontekście, roztocze dutkowe wydają się być unikalnym obiektem badań w naturalnych, nie modyfikowanych laboratoryjnie, warunkach. Oczekujemy, że wyniki badań nad genomami bakterii poszerzą naszą wiedzę na temat mechanizmów ich ewolucji.
Projekt będzie realizowany we współpracy. Może nam pani o tym opowiedzieć?
Tak, projekt będzie realizowany we współpracy z zespołem dr. Jana Huberta z Instytutu Badania Upraw w Pradze, który jest cenionym specjalistą w dziedzinie ekologii mikrobiologicznej. Pomysł współpracy narodził się podczas mojego pobytu na Uniwersytecie Karola w Pradze w 2019 r. w ramach Erasmusa+. To wtedy doszliśmy do wniosku, że choć pracujemy na nieco innych modelach, to nasze zainteresowania badawcze są zbieżne. W ramach projektu chcielibyśmy w pełni wykorzystać potencjał obu zespołów w celu lepszego zrozumienia zależności między bakteriami i roztoczami.
zob. też Prof. UAM Jakub Kosicki. Ewolucyjny wyścig zbrojeń
