Конкурс «Био/Мол/Текст»-2021/2022

Эта статья опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2021/2022 и заслужила приз Honoris causa.

Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.

---

Генеральный партнер конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Ученые-биологи давно отметили: паразитические создания коварно расчетливы и владеют искусством манипуляций , управляя поведением своих хозяев, а иногда заставляя изменять их облик. Для каждого паразита и паразитоида организм хозяина — непосредственная среда обитания, которую он может изменять, формировать и перестраивать так, чтобы пребывание в теле жертвы было максимально комфортным.

Об этом можно также почитать в статье «Биомолекулы»: «Манипулирование. I. Паразитное манипулирование» [1].

Эти враги всего живого способны диктовать хозяину свои правила: как взаимодействовать с окружающей средой, как себя вести — и даже какого пола быть! Доходит даже до превращения страдающего хозяина в зомби, всецело повинующегося своему кукловоду.

Многообразие паразитов не уступает числу их хозяев, ведь паразиты приспособились обживать организмы практически всех живых существ в мире, иногда прибегая к помощи тайных союзников.

Собственный боец осы для злодейских махинаций

Небольшая паразитоидная оса-наездник Cotesia congregata (рис. 1) использует гусениц (рис. 2) в роли хозяина. Атака осы происходит необыкновенно быстро: котесия приземляется на гусеницу и немедленно вонзает в нее иглу-яйцеклад [2]. Оса внедряет свои яйца в гусеницу вместе с особой густой смесью. Жизнь яиц и будущих личинок целиком и полностью зависит этой смеси. Паразиты остаются живы внутри гусеницы за счет своих многочисленных союзников — полиднавирусов (Polydnavirus, PDV), которые являются ключевым компонентом такого «коктейля» (рис. 3) [3], [4].

Как и другие бракониды, C. congregata с помощью этих вирусных частиц активно подавляет иммунитет насекомого-жертвы [4]. Все полиднавирусы содержат гены, кодирующие тирозиновые протеинфосфатазы [5], активация которых гарантирует серьезные перебои в чувствительной иммунной системе гусеницы [2]. Эти ферменты препятствуют перестройке микрофиламентов — актиновых цитоскелетных нитей [6], — из-за чего возникают проблемы с цитоскелетом: циркулирующие иммунные клетки (гемоциты) гусеницы не смогут соединиться друг с другом и дать паразиту отпор, инкапсулируя его [4], [7].

Такое нарушение помогает паразиту не попасться в ловушку, приготовленную иммунитетом жертвы. Вот так под защитой вирусов личинки наездника вылупляются из яиц в теле хозяина и развиваются, обходя сопротивление его иммунной системы.

Паразитоид не просто пожирает своего хозяина изнутри, но действует более изощренно. Личинка осы перестраивает организм гусеницы: она начинает по-другому питаться и переваривать пищу. Зараженная гусеница превращает съеденное растение в быстрый источник энергии — сахар, который паразит с удовольствием использует для своего роста. В то время как «чистая» гусеница получила бы от поступившей пищи жир — энергию, которую она могла бы сохранить для себя, на период пребывания в форме куколки [8–10].

Однако спустя несколько дней пораженная гусеница восстанавливается от агрессивной вирусной атаки. PVD не имеет генов для собственного размножения, а потому количество вирусных частиц в организме гусеницы со временем только падает. Почему-то вышло так, что все вирусные частицы PVD — главные компоненты «коктейля», впрыскиваемого осой — являются продуктом синтеза яичников осы [4], [11].

Личинки наездника, как любые паразиты и паразитоиды, существуют в непрерывной конкуренции с хозяином за принадлежащие ему ресурсы и плоть. Впрочем, все, что использует хозяин для своего организма, с таким же успехом пригодится и паразиту для развития. Тем не менее, полностью лишить сил своего хозяина и погубить его жизненно необходимые функции означало бы смерть и для личинок. Гусеница еще должна потрудиться в поисках пропитания на благо паразиту внутри себя, поэтому оказывать воздействие на ее мозг было бы колоссальной ошибкой. Но паразит не был бы паразитом, если бы обошел стороной другие органы хозяина. Поэтому у ос-браконид все продумано: паразитоиды наносят свой удар на половые органы выбранной жертвы, и у насекомого-хозяина происходит атрофия тестикул [12].

Зомбирование жертвы: «колыбель для врага»

Паразитоидные осы из другого семейства манипулируют поведением пауков [13], [14]. Для защиты во время окукливания ихневмонида Zatypota percontatoria управляет пауком, а точнее — его способностью плести паутину [14]. Для заражения оса предпочитает жертв только из семейства пауков-тенетников Theridiidae [15]. Как же происходит заражение жертвы? Самка ихневмониды нападает на паука и откладывает яйцо на поверхность его тела (рис. 4) [13]. Из яйца вскоре появляется личинка, которая прикрепляется к жертве. Личинка осы развивается несколько недель, питаясь гемолимфой хозяина и постепенно зомбируя его [13]. Так будет продолжаться до тех пор, пока личинка не превратится в куколку. Однако чтобы эта метаморфоза случилась, паразиту необходимо удобное место, которое предоставит покоренная жертва [14]. Поэтому после таких манипуляций зомбированный паук начинает плести особую «колыбель» из паутины для своего врага [13], [14].

Паразитированные особи Neottiura bimaculata образуют уплотненную сеть из паутины, а когда на их месте оказываются Theridion varians, они плетут из паутины особый купол (рис. 5) [14]. Ученые обнаружили, что «чистые» пауки N. Bimaculata плетут аналогичную сеть для себя и своих яиц на протяжении зимнего периода времени, а T. Varians строят купол для зимовки [14].

Воспользовавшись хозяином, паразитоид в конечном итоге убивает паука и съедает его. А затем заселяется в новое удобное пристанище, из которого ихневмотида выйдет уже взрослой особью и продолжит зомбировать новых пауков-тенетников [13], [15]. Таким образом, для собственной выгоды личинка осы манипулирует особым поведением пауков, которое у незараженных особей активируется только в определенный сезон [14].

В плане не должно быть просчетов!

После вылупления все осы живут на суше, однако многим паразитам необходимо попасть в водную среду. Взрослые особи паразитических нематод Gasteromermis sp. живут и откладывают яйца в проточных водах — ручьях [16]. Личинки нематоды используют в качестве хозяина обитающую неподалеку личинку поденки Baetis bicaudatus (рис. 6) [17]. Внутри хозяина паразиты растут вместе с ним, расходуя часть его пищи для собственного развития [17].

Превратившись в длиннокрылое взрослое насекомое, самец поденки покидает реку и летит на поиски самки [16]. Когда насекомые находят себе пару, они торопятся продолжить свой род. Все непаразитированные самцы после спаривания никогда больше не возвращаются в воду [16]: их жизненное предназначение исполнено, а сами они погибают где-нибудь в траве, вдали от воды. А самки летят вдоль ручья, чтобы найти хорошее место на каком-нибудь камне и отложить яйца, подергивая брюшком [16]. Однако если самка B. bicaudatus заражена нематодой, то уже сформировавшийся паразит прогрызает брюшко поденки, после чего уже сам отправляется на поиски своей пары [16].

Но что будет, если нематода паразитирует тело самца? Ей не очень хочется погибать вместе с ним, так и не добравшись до ручья. На этот счет у Gasteromermis sp. есть план-капкан: нематода изменит морфологические половые признаки самца, сделав его похожим на самку (рис. 7) [16]. В процессе созревания у зараженной мужской особи не формируются типичные для их пола специальные крючки на гениталиях и специфичные выпученные глаза, а потому внешне бывший самец будет неотличим от самки [16]. Такая интерсексуальная особь не произведет яйцеклеток и будет лишена внутренних репродуктивных органов, характерных для самок. Самое хитрое здесь то, что под гнетом нематоды самец не только будет выглядеть как самка, но и его половое поведение станет типичным для женской особи [16].

Инфицированный самец насекомого полетит к воде откладывать несуществующие яйца, а в это время Gasteromermis sp. по старой схеме прогрызет себе дорогу через его брюшко и вновь окажется в нужном биотопе, продолжив свой жизненный цикл [16]. Нематода способна управлять ситуацией, ведь она не может знать наверняка, какого пола окажется его хозяин. Это всегда лотерея, в которую паразит выигрывает при любых обстоятельствах.

Нетипичный паразит

Изобретательность, коварство и предприимчивость паразитов не знают границ. Если вы в этом до сих пор не убедились, то наверняка не знакомы с паразитическим рачком Cymothoa exigua (рис. 8).

Это мелкое ракообразное называют «мокрица, пожирающая язык» (от англ. tongue-eating louse). Название паразита прямо говорит о его злодеяниях: рачок поселяется у рыбы во рту, съедает язык и, фактически, занимает собой его место. Изопода пробирается через жабры или рот жертвы и прикрепляется к корню языка рыбьего хозяина. После того, как паразит устроится на новом месте, он перережет кровеносные сосуды и начнет высасывать кровь из языка рыбы. Это приводит к атрофии мышечного органа из-за потери крови [18].

Заслуживает внимание тот факт, что хозяин остается жив, поскольку C. exigua является единственным во всем мире паразитом, который, на удивление, готов взять на себя ответственность выполнять функции атрофированного органа, играя роль утраченного языка! Всю пищу, которую потребляет жертва, изопода пропустит мимо себя, а сама будет питаться рыбьей кровью или слизью. Помимо того, изопода почти не причиняет большого ущерба рыбе, однако бывают случаи, когда паразитический рачок становится слишком большим. Он перекрывает рыбе доступ к пищеводу, что приводит к гибели хозяина.

Все молодые особи мокриц являются самцами, но после того, как они обретут постоянный дом и должность нового языка, рачки сменят пол и станут самками. Такая самка даже сможет принести потомство, если к ней попадет самец C. exigua (рис. 9).

Самки способны откладывать до ста яиц за один раз в выводковый мешок, находящийся на нижней стороне брюшка. Вылупившиеся рачки-самцы покидают «родительский дом» и отправляются на поиски новых жертв для заражения [19].

Тихий ужас

Почти во всех водоемах паразиты могут подстерегать своих будущих хозяев. Тем временем, пока личинка Gasteromermis sp. находит своего хозяина в реке, в прудах затаились в ожидании хозяина другие нематоды. На этот раз этим самым хозяином окажется человек.

Dracunculus medinensis относится к паразитам, которые могут спокойно пребывать в первом хозяине и ждать своего часа, чтобы следующий хозяин мог их проглотить. А пока нематода проведет начало своей жизни внутри плавающего в пруду веслоногого рачка. Если человек попьет воды из пруда, то проглотит и копеподу, несущего в себе паразита [20].

Микроскопический рачок растворится в желудке под действием кислоты и освободит ришту. Затем паразит направится к стенке кишечника и заберется в брюшную полость [20]. Некоторое время спустя половозрелые самцы и самки найдут друг друга и спарятся, после чего самцы останутся в тканях, инкапсулируются и умрут [20]. А самки, достигающие около метра в длину, свободно переместятся дальше по соединительным тканям (рис. 10). Пока паразит путешествует, оплодотворенные яйца внутри самки развиваются [20].

Когда, наконец, самка мигрирует до пункта назначения и поселится в нижней конечности жертвы, в ее матке будет находиться множество подвижных личинок. Они так бодро копошатся внутри матки, что несколько личинок вырываются и попадают в подкожную клетчатку [20].

Взрослые паразиты могут без труда покорить иммунную систему человека для свободного пребывания в его организме. Однако высвобожденные отпрыски ришты вызывают сильнейшую иммунную реакцию, приводящую к образованию болезненного жгучего волдыря, как правило, на ноге, который через пару дней лопается с образованием неглубокой язвы (рис. 16) [20]. Впрочем, бывали случаи, когда язва образовывалась и на руке (рис. 11) [21].

В надежде облегчить себе жизнь, страдающая жертва сразу же использует самый простой способ охлаждения и очищения раны — польет ногу водой или опустит конечности в пруд. Именно это паразиту и нужно: до ужаса неприятные ощущения буквально заставляют человека пойти на контакт с водой [20].

Паразиты активно реагируют на воду, а гнойник на конечности прорывается, чтобы червь высунулся наружу и выпустил в пруд тысячи личинок. Ришта делает это довольно необычным способом: она отпускает личинок на долгожданную свободу через ротовое отверстие [22]. При активном соприкосновении с водой десятки тысяч мелких личинок становятся все ближе и ближе ко рту ришты. Эти действия способствуют постепенному выталкиванию червя из зудящей ноющей раны, пока все паразитическое семейство не покинет тело человека. Произведя потомство, взрослая ришта умирает, а ее отпрыски отправляются по воде навстречу новым микроскопическим рачкам-копеподам [20].

Заражение риштой чаще всего происходит в тех местах, где люди активно контактируют с этими рачками [20]. В таком случае шансы на высвобождение ришты очень велики, ведь только в водной среде паразиты могут найти следующих хозяев — тех самых веслоногих рачков — и продолжить жизненный цикл (рис. 13). Из-за этого дракункулез — болезнь ришты — эндемична по всему тропическому и субтропическому поясу Африки, где люди находятся возле оазисов [20].

Болезнь ришты была известна еще с древности, как и способ избавления от червя путем наматывания паразита на палочку (кстати, так делают и до сих пор [20]). Так, например, еще в 1674 году был опубликован отчет о дракункулезе Exercitaito de Vena Medinensis с иллюстрацией, на которой персидские врачи извлекали из ноги ришту, наматывая на палочку (рис. 14).

К сожалению, ни лекарства, ни вакцины не могут излечить дракункулез, а традиционная процедура избавления от червя крайне болезненна и занимает неделю [20], [24]! Поэтому центр Картера предоставил техническую и финансовую помощь программам и организациям по искоренению этой болезни [20], [24].

Чтобы избежать мучений, нужно предотвратить попадание зараженной копеподы в организм человека. Поэтому в рамках программы по борьбе с дракункулезом активисты центра Картера завезли в ряд стран Африки специальные трубчатые фильтры (рис. 16) [20]. Их можно носить на шее, а работают они аналогично соломинке, позволяя людям получать отфильтрованную воду, не грозящую заражением нематодой [20].

Заключение

Все паразитические существа со сложными жизненными циклами чрезвычайно рискуют при переходе с одной формы в другую, из одного биотопа в другой, от одного хозяина к другому.

Паразиты как модель деградации и регресса никогда не ассоциировалась с чем-то положительным и светлым: многочисленные примитивно организованные твари, живущие на полном обеспечении несчастного хозяина, вызывают только ужас и отвращение.

Тем не менее, с эволюционной точки зрения паразитов можно назвать продвинутыми, потому что они отлично приспособились к среде обитания, утратив за ненадобностью некоторые органы и выработав сложные хитрые методы для выживания и манипулирования хозяином.

Так, совершив такое путешествие по миру опаснейших существ, можно предположить, что паразитическими стратегами были просчитаны всевозможные риски, в связи с чем большая вероятность смерти возмещается их плодовитостью, скоростью размножения и, конечно же, великими злодейскими тактиками вместе с необычайной способностью изменять поведение и облик своей жертвы в нужном ключе.

Литература

1. Манипулирование. I. Паразитное манипулирование;
2. Feng Zhu, Antonino Cusumano, Janneke Bloem, Berhane T. Weldegergis, Alexandre Villela, et. al.. (2018). Symbiotic polydnavirus and venom reveal parasitoid to its hyperparasitoids. Proc Natl Acad Sci USA. 115, 5205-5210;
3. Michael R. Strand, Gaelen R. Burke. (2012). Polydnaviruses as Symbionts and Gene Delivery Systems. PLoS Pathog. 8, e1002757;
4. Gaelen R. Burke, Michael R. Strand. (2012). Polydnaviruses of Parasitic Wasps: Domestication of Viruses To Act as Gene Delivery Vectors. Insects. 3, 91-119;
5. Bertille Provost, Paola Varricchio, Eloisa Arana, Eric Espagne, Patrizia Falabella, et. al.. (2004). Bracoviruses Contain a Large Multigene Family Coding for Protein Tyrosine Phosphatases. J Virol. 78, 13090-13103;
6. Richard Glatz, Otto Schmidt, Sassan Asgari. (2004). Isolation and characterization of a Cotesia rubecula bracovirus gene expressed in the lepidopteran Pieris rapae. Journal of General Virology. 85, 2873-2882;
7. Germain Chevignon, Georges Periquet, Gabor Gyapay, Nathalie Vega-Czarny, Karine Musset, et. al.. (2018). Cotesia congregata Bracovirus Circles Encoding PTP and Ankyrin Genes Integrate into the DNA of Parasitized Manduca sexta Hemocytes. J Virol. 92;
8. S.N. Thompson, R.A. Redak, D.B. Borchardt. (2002). The glucogenic response of a parasitized insect Manduca sexta L. is partially mediated by differential nutrient intake. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 1571, 138-150;
9. Ted C. J. Turlings, Betty Benrey. (1998). Effects of plant metabolites on the behavior and development of parasitic wasps. Écoscience. 5, 321-333;
10. A. STEPPUHN, F. L. WACKERS. (2004). HPLC sugar analysis reveals the nutritional state and the feeding history of parasitoids. Funct Ecology. 18, 812-819;
11. Séverine Jancek, Annie Bézier, Philippe Gayral, Corentin Paillusson, Laure Kaiser, et. al.. (2013). Adaptive Selection on Bracovirus Genomes Drives the Specialization of Cotesia Parasitoid Wasps. PLoS ONE. 8, e64432;
12. Su-fen Bai, Dong-zhang Cai, Xin Li, Xue-xin Chen. (2009). Parasitic castration ofPlutella xylostellalarvae induced by polydnaviruses and venom ofCotesia vestalisandDiadegma semiclausum. Arch. Insect Biochem. Physiol.. 70, 30-43;
13. William G Eberhard, Marcelo O Gonzaga. (2019). Evidence that Polysphincta-group wasps (Hymenoptera: Ichneumonidae) use ecdysteroids to manipulate the 
web-construction behaviour of their spider hosts. Biological Journal of the Linnean Society. 127, 429-471;
14. Stanislav Korenko, Stano Pekár. (2011). A Parasitoid Wasp Induces Overwintering Behaviour in Its Spider Host. PLoS ONE. 6, e24628;
15. Stanislav Korenko, Veronika Michalková, Kees Zwakhals, Stano Pekár. (2011). Host Specificity and Temporal and Seasonal Shifts in Host Preference of a Web-Spider ParasitoidZatypota percontatoria. Journal of Insect Science. 11, 1-12;
16. Vance S.A. (1996). Morphological and behavioural sex reversal in mermithid-infected mayflies. Proc. R. Soc. Lond. B. 263, 907-912;
17. Vance S.A. (1996). The infection of nymphal Baetis bicaudatus by the mermithid nematode Gasteromermis sp. Ecological Entomology. 21, 377–381;
18. Leonardo Bich. (2019). The Problem of Functional Boundaries in Prebiotic and Inter-Biological Systems. Systemics of Incompleteness and Quasi-Systems. 295-302;
19. Gloria Wonodi, Ugbomeh A.P., Gabriel U.U.. (2019). Determination prevalence of cymothoid parasite fish families in Iwofe (Port Harcourt) Rivers state. afjbs. 01, 58;
20. Sandy Cairncross, Ralph Muller, Nevio Zagaria. (2002). Dracunculiasis (Guinea Worm Disease) and the Eradication Initiative. Clin Microbiol Rev. 15, 223-246;
21. Michele Barry. (2007). The Tail End of Guinea Worm — Global Eradication without a Drug or a Vaccine. N Engl J Med. 356, 2561-2564;
22. P. Manson. (1895). On the Guinea-Worm. BMJ. 2, 1350-1351;
23. Raffaele Gaeta, Fabrizio Bruschi, Valentina Giuffra. (2017). The painting of St. Roch in the picture gallery of Bari (15th century): An ancient representation of dracunculiasis?. Journal of Infection. 74, 519-521;
24. Тишакова Е. Н. (2012). Роль Центра Картера в борьбе с дракункулёзом. Ретроспектива: Всемирная история глазами молодых исследователей. 1, 69–85.