Вольбахия: описание, роль, влияние на хозяина

Вольбахия – бактерия-паразит. Bacterium Wolbachia и человек

Вольбахия относится к роду грамотрицательных бактерий из семейства Anaplasmataceae. Эта бактерия – паразит.

О вольбахии (bacterium Wolbachia) впервые стало известно в 1924 году, когда ученые обнаружили бактерию в теле самки комара. Но только спустя несколько десятилетий ее изучением занялись всерьез.

Бактерию обнаружили в клетках мух, жуков, бабочек, червей и других живых организмов.

Общая информация

Бактерия вольбахия обитает в клетках многих беспозвоночных. Роль ее вызывает немало споров: одни ученые считают ее вредным паразитом, другие склоняются к точке зрения, что бактерия не причиняет вреда и даже несет некоторую пользу хозяину. На самом деле имеют место быть все перечисленные варианты, поскольку с различными хозяевами у бактерии устанавливаются разные взаимоотношения.

Уникальность вольбахии состоит в том, что она вызывает самые разные эффекты. Она может никак не нарушить жизнедеятельность хозяина, но преимущественно ее «заселение» приводит к довольно плачевным результатам. Паразит Wolbachia умеет контролировать процессы размножения и развития своего хозяина.

По последним сведениям, Wolbachia заражает до 20% видов насекомых. Излюбленный ее объект – мухи. Из-за этого ее даже удостоили звания «вольбахия – бактерия-повелитель мух». Помимо насекомых, бактерия поражает пауков, мокриц, круглых червей и других беспозвоночных.

Возраст бактерий рода вольбахии оценивается примерно в 100 миллионов лет, но за это время им так и не удалось приспособиться к организму млекопитающих.

Предположительно, это происходит из-за того, что ее способы воздействия с самого начала ориентированы на беспозвоночных и недостаточно действенны для млекопитающих с более развитой иммунной системой.

В то же время у вольбахии есть близкая родственница – риккетсия, которая смогла поразить человека. Результатом стала инфекция под названием «сыпной тиф».

Действие бактерии

Паразит не может существовать без хозяина, передается он матерью своему потомству посредством проникания в яйцеклетку инфицированной самки.

В 90-е годы отечественные биологи установили, что яйца божьей коровки Adalia bipunctata зачастую порождают самок, а виновником невыживаемости мужских зародышей является именно вольбахия. Механизм «убийства» мужских зародышей и то, как бактерия различает самцов и самок, до сих пор не установлены.

Помимо божьих коровок, жертвами андроцида (истребления самцов) становятся мухи, некоторые насекомые из отряда бабочек и муравьи. Этим может объясняться существенное преобладание самок в некоторых популяциях насекомых.

Еще интереснее вольбахия взаимодействует с некоторыми представителями подотряда мокриц. Бактерия обладает способностью трансформировать самцов в самок. У самцов есть специальная железа, которая выделяет андрогенный гормон.

От него зависит, каким будет развитие зародыша – по женскому типу или мужскому. Wolbachia угнетает деятельность этой железы на начальном этапе созревания членистоногого.

В итоге из эмбриона с мужскими хромосомами получается самка.

Удивительный факт в данном случае – наличие у самки мужского комплекта хромосом. Размножение «ложных самок» дает такое же «ложное» потомство. Если «ложной самке» дать тетрациклин, она станет интерсексом – организмом с комбинированными свойствами (мужскими и женскими).

Итак, патогенность бактерий рода Wolbachia выражена в следующем:

• Андроцид. Истребление мужских эмбрионов (отдельных видов бабочек, мух и др.).
• Размножение партеногенетическим способом. Отклонение в созревании яиц приводит к поголовному рождению самок.
• Феминизация. Представляет собой процесс, при котором самцы превращаются в самок посредством угнетения андрогенной железы.
• Несовместимость цитоплазмы. Характеризуется стремительным вырождением эмбрионов, возникших при оплодотворении яйцеклетки пораженным самцом. Различают одностороннюю и двухстороннюю несовместимость. В первом случае скрещиваются больные самцы и здоровые самки, во втором – инфицированы оба, при этом наступает абсолютная репродуктивная изолированность.

Положительное влияние на хозяина

Паразит уникален тем, что он может принести хозяину и пользу. После устранения заражения наблюдается уменьшение плодовитости и приспособляемости ряда насекомых к окружающим условиям.

Если рассматривать взаимосвязь Wolbachia и человека, то прямого влияния на него бактерия не оказывает. Вместе с тем выявлена косвенная связь. Дело в том, что бактерии рода Wolbachia необходимы для жизнедеятельности филярий, которые в свою очередь поражают человека. Это дает ученым возможность открыть метод излечения от филяриоза посредством уничтожения бактерии.

Влияние на эволюцию хозяина

Такие явления, как истребление bacterium Wolbachia мужских эмбрионов, партеногенез, феминизация и прочие, должны способствовать снижению обмена генетическим материалом между организмами.

В результате этого должна снижаться приспособленность животных к изменяющимся условиям.

В рамках эволюционного процесса это должно привести к снижению продолжительности существования вида и ускоренному обновлению видового состава.

Источник: https://probakterii.ru/prokaryotes/species/wolbachia.html

Вольбахия — бактерия-паразит или повелитель мух: история открытия, строение и описание

Вольбахия – род паразитических грамотрицательных бактерий, принадлежащих семейству Anaplasmataceae. Согласно научным данным, ею заражено до 20% различных видов насекомых.

Иногда ее также именуют «повелительницей мух», поскольку именно мухи являются ее излюбленным объектом, или «микробом-манипулятором» из-за способности регулирования у своих хозяев процессов размножения и развития.

Наряду с насекомыми заражению паразитом подвержены и другие беспозвоночные: мокрицы, пауки, нематоды (круглые черви) и др.

История изучения

Эта бактерия паразит впервые была обнаружена в 1924 году Хертигом и Вотльбахом при исследовании обыкновенного комара, а подробно описал ее в 1936 Хертиг; он же и дал вольбахии название как дань благодарности своему коллеге.

Однако что такое вольбахия, начали серьезно изучать позже и лишь после того, как обнаружилось ее удивительное воздействие на процессы развития и размножения насекомых.

Более того, ученые даже разошлись во мнениях, считать ее вредной или полезной. Это расхождение обусловлено различным воздействием бактерии-паразита на разных хозяев.

Изучение данной бактерии представляет огромный интерес с точки зрения симбиоза, существующего между хозяином и паразитом, и более того – с точки зрения общих закономерностей эволюции.

Строение

Изучение позволило выделить три характерные для паразита формы клеток:

• в виде крупных палочек диаметром 1-1,8 мкм;
• в виде малых палочек длиной 0,5-1,3 мкм;
• в виде коккоидов – бактерий шаровидной формы размером 0,25-1 мкм.

Геном составляет лишь одна хромосома – кольцевая молекула ДНК, что характерно для всех бактерий.

Отдельные ее участки и представляют собой гены этого микроба. Однако это единственная хромосома способна оказывать судьбоносное воздействие на хозяев: заставляет их менять поведение и даже пол, а также в большинстве случаев губительно воздействует на самцов.

Вольбахия способна существовать только в клетках организма хозяина, то есть у нее внутриклеточный тип размножения.

Как ни странно, ее не удается культивировать на питательных средах, а вот клеточные линии насекомых для этого подходят.

Передача бактерии осуществляется «по наследству» — от самки ее детям путем проникновения паразита в яйцеклетки зараженных самок.

Воздействие на пораженные организмы

Рассмотрим подробнее, как вольбахия воздействует на пораженные ею организмы и почему она считается уникальной бактерией.

Действие ее считается патогенным и выражается в следующем:

• самый частый эффект – развитие цитоплазматической несовместимости, вызывающей стремительную дегенерацию эмбрионов, которые оплодотворил инфицированный самец;
• при односторонней (зараженный самец + незараженная самка) после оплодотворения мужской хромосомный набор полностью или частично разрушается;
• при двусторонней, если в организме партнеров паразитируют различные штаммы вольбахии, то репродукция не происходит; если же штаммы одинаковые, то из яйца появится нормальная особь, правда, уже зараженная;
• дегенерация мужских эмбрионов (андроцид) у двукрылых, жесткокрылых и бабочек, в результате чего на свет появляются только самки;
• партогенетическое размножение («партеногенетический» в переводе с греческого означает «рожденный девой») вследствие удвоения хромосом и формирования в результате женского диплоидного, а не мужского гаплоидного эмбриона;
• феминизация самцов (преимущественно у мокриц и некоторых чешуекрылых), то есть превращение их в самок с помощью угнетающего воздействия на андрогенную железу и подавления действия андрогена, причем у этой «ложной самки» хромосомы остаются мужскими и потомство тоже получается «ложным».

У некоторых зараженных видов ос, вообще исчезает способность к обычному половому размножению, и, как показали опыты, даже после лечения тетрациклином она не восстанавливается.

Тем не менее, благодаря партогенетическому размножению данная популяция продолжает существовать, как некоторые другие, подвергшиеся аналогичному воздействию.

Не менее интересный результат продемонстрировали и другие опыты — с пересадкой вольбахий самцам мокриц: у них формировался новый фенотип – интерсексов, имеющих выраженные признаки обоих полов.

Их способность приспосабливаться к меняющимся условиям обитания неизбежно уменьшается, а с точки зрения эволюции это дает положительный результат: видовой состав быстрее обновляется.

Опасность для человека

Хотя вольхабия существует около ста миллионов лет, человек и другие млекопитающие остаются невосприимчивыми к ее воздействию.

Ученые объясняют это тем, что млекопитающих защищает более развитая, чем у беспозвоночных, иммунная система.

Однако другие бактерии – риккетсии, ее близкие родственницы, являются возбудителями таких заболеваний, как эпидемический сыпной тип, клещевой риккетсиоз, пятнистая лихорадка Скалистых гор.

Но если бактерия не обнаруживается у человека, это вовсе не значит, что она не может нанести ему вред.

При глистной инвазии, а конкретно при поражении человека нематодами из семейства Onchocercidae, которые называются филярии, вольбахия играет далеко не последнюю роль. При филяриатозах происходит поражение гельминтами внутренних органов, включая сердце, подкожной клетчатки, глаз.

Без вольбахии не мог бы протекать процесс жизнедеятельности филярии. Поэтому естественно предположить, что если бы удалось найти возможность уничтожать вредоносную бактерию, то и филяриоз было бы проще излечивать.

Заключение

Советы наших читателей

Я избавилась от паразитов всего за неделю! Мне помогло средство, о котором я узнала из интервью с врачом-паразитологом…

Интервью с экспертом >>

Паразит демонстрирует стойкую агрессивность по отношению к самцам вплоть до их полного уничтожения либо превращения в самок.

Как она воздействует на сперматозоиды зараженной мужской особи, лишая их способности к оплодотворению здоровой яйцеклетки и, в то же время, сохраняя способность оплодотворять зараженную?

Ученым еще предстоит найти ответ, а также ответы на многие другие вопросы, которые ставит перед ними эта уникальная и во многом загадочная бактерия.

Если бы ярые феминистки больше интересовались биологией, они, наверное, приветствовали бы деятельность вольбахии как поборницы матриархата. Вот только мозгов-то у нее нет, а значит, все, что она делает, заложено природой.

Gelminot® – средство от паразитов для детей и взрослых!

• Отпускается без рецепта врача;
• Можно использовать в домашних условиях;
• Очищает от паразитов за 1 курс;
• Благодаря дубильным веществам оздоравливает и защищает от паразитов печень, сердце, легкие, желудок, кожу;
• Избавляет от гниения в кишечнике, обезвреживает яйца паразитов благодаря моллекуле F.

Сертифицированное, рекомендуемое врачами-гельминтологами средство для избавления от паразитов в домашних условиях. Имеет приятный вкус, который понравится детям. Состоит исключительно из лекарственных растений, собранных в экологически чистых местах.

Источник: https://NoParasites.ru/parazity-u-zhivotnyx/volbakhija.html

Бактерия вольбахия или Антимужской микроб. Что это такое?

«Таинственная эпидемия уносит жизни младенцев мужского пола. Уцелевшие мальчики на глазах матерей превращаются в девочек или в уродов-интерсексов. Девушки рожают без зачатия, а супружеские пары поражены бесплодием…

» Похоже на начало романа обезумевшего писателя-фантаста, не правда ли? Однако это не беллетристика, а реалистическая реконструкция событий, которые могли бы произойти, если бы человечество подхватило инфекцию, уже поразившую сотни тысяч видов животных.

Нет нет нет! Сразу предупрежу, что не стоит барекадировать окнадвери и бежать в аптеку покупать лекарства от новой эпидемии! Нам эта эпидемия не грозит, нам своих хватает. Ну надо же было Вас как то заинтересовать, чтоб прочли данную публикацию?

Часть 1. Немного общей информации

К счастью для нас, вольбахия за более чем 100 млн лет своего существования так и не сумела приспособиться к жизни в организме млекопитающих.

Хотя справедливости ради стоит заметить, что в лабораторных условиях к счастью или сожалению, но учёные смогли вырастить их в культуре человеческих клеток… А вот другим повезло меньше.

По не которым данным, бактериями рода Wolbachia инфицировано около 20 % всех видов насекомых, а также многие виды других групп членистоногих и филярий. Основные эффекты, индуцируемые бактериями рода Wolbachia:

• Андроцид — дегенерация эмбрионов мужского пола некоторых жуков, бабочек и мух.
• Партеногенез — изменение хода развития яиц у некоторых наездников, приводящее к появлению в потомстве исключительно самок. Механизм действия таких линий вольбахий основан на остановке первого митотического деления гаплоидной (то есть неоплодотворенной) зиготы после метафазы. В результате происходит удвоение хромосом и формируется женский диплоидный эмбрион, а не мужской гаплоидный.
• Феминизация — процесс превращения самцов некоторых чешуекрылых и мокриц в самок путём ингибирования развития андрогенной железы и выработки андрогена, а также подавления действия андрогена на клетки-мишени. Помимо этого у бактерии есть и вторая феминизирующая особенность: после искусственной пересадки вольбахий самцы-реципиенты приобретают фенотип интерсексов, что связано с действием бактерий на уже развитую андрогенную железу.
• Цитоплазматическая несовместимость— проявляется в быстрой дегенерации эмбрионов, полученных путём оплодотворения яйцеклеток инфицированным самцом. Цитоплазматическая несовместимость является самым распространенным эффектом, вызываемым вольбахией, и бывает односторонней и двусторонней. Односторонняя наблюдается при скрещивании зараженных самцов и незараженных самок — происходит полное или частичное разрушение мужского хромосомного набора после оплодотворения. Двусторонняя несовместимость наблюдается, если самка и самец инфицированы различными штаммами вольбахии, при этом наблюдается почти полная репродуктивная изоляция. Однако если самка заражена тем же самым штаммом вольбахии, что и самец, отцовские хромосомы не разрушаются, и из яйца развивается нормальная зараженная особь.

По данным с сайта Википедия

Часть 2. Убиваем мужскую часть населения

К стати, Вольбахия не может жить вне клеток хозяина и передается «вертикально» — от матери к ее детям, проникая в яйцеклетки зараженных самок. И именно по этому действует очень изощрённо и интересно.

В конце 90-х годов российские ученые обнаружили, что в кладках, отложенных двухточечной божьей коровкой, личинки часто вылупляются только из половины яиц, причем все вылупившиеся насекомые — самки. Оставшиеся яйца, содержащие бренные останки нерожденных «божьих бычков», немедленно пожираются их сестрами.

Доказано, что причина гибели мужских зародышей — бактерия вольбахия, однако до сих пор не известно, как именно она их убивает и как отличает самцов от самок.

Бывает такакая ситуация, что на одного самца приходится по 100-200 самок! Но как бы это странно не было- бактерия “предусмотрела” даже вариант с полным вымиранием! Иногда вольбахии удается извести всех самцов поголовно, и даже это не приводит к вымиранию хозяев, потому что самки, подчиняясь таинственным «приказам» вольбахии, начинают размножаться партеногенетически — без оплодотворения («партеногенетический» по-гречески означает «деворожденный»). Некоторые виды ос, у которых зараженность вольбахией носит поголовный характер, полностью утратили способность к нормальному половому размножению и не возвращаются к нему, даже если их вылечить тетрациклином.

Еще более изощренно поступает вольбахия с некоторыми наземными ракообразными — мокрицами. Разновидность вольбахии, живущей в мокрицах, научилась превращать генетических самцов в самок. У мокриц мужского пола имеется особая железа, выделяющая андрогенный гормон.

От наличия или отсутствия этого гормона зависит, по какому пути пойдет развитие зародыша — мужскому или женскому. Вольбахия подавляет работу андрогенной железы на ранней стадии развития животного, в результате чего из зародыша с мужским набором хромосом развивается самка.

Если же вылечить взрослую «ложную самку», она остается самкой, но начинает производить на свет исключительно одних самцов.

Часть 3. Не даём размножаться другим

Но верите или нет, но это ещё не всё! Мало того, что она решила ввести матриархат, так ещё и не даёт размножаться здоровым самкам! Конечно, это так же вполне логично. Т.к.

чем больше самка произведёт заражённого потомства- тем большее число особей будет заражено. Именно по этому Вольбахия научилась повышать плодовитость больных самок и делать практически бесплодными не зараженных.

Задача сравнительно проста, но как удается бактерии влиять на плодовитость тех самок, которые ею не заражены? Оказалось, что бактерия использует в качестве своего орудия зараженных самцов.

Яйцеклетки здоровых самок, оплодотворенные спермой зараженного самца, погибают; однако тот же самец может успешно оплодотворить любую зараженную самку, и их потомство (естественно, тоже зараженное) будет вполне жизнеспособно.

Это явление, получившее название «цитоплазматическая несовместимость» — одна из самых интригующих загадок вольбахии.

Какую удивительную манипуляцию проделывает этот микроб со сперматозоидами зараженного самца, что они становятся неспособны оплодотворить здоровую яйцеклетку, но полностью сохраняют способность к оплодотворению яйцеклеток зараженных? Сложность проблемы усугубляется еще и тем, что внутрь сперматозоида вольбахия проникнуть не может — он для этого слишком мал.

Часть 4. Заключение

Ну вот кажется как и всё. Что хотел сказать. Надеюсь сможете осилить всю петицию.

От себя добавлю, что наверное данный микроорганизм как раз и доказывает, что размер не имеет значение! Как и у всех бактерий, геном вольбахии состоит из единственной хромосомы — кольцевой молекулы ДНК, отдельные участки которой являются генами микроба.

Но этой одной хромосомы достаточно, чтоб истребить половину (мужскую половину) населения, заставить изменить пол, изменить поведение… Просто вдумайтесь в это. Не знаю как Вам, но для меня лично данный пример доказывает, что не всё так просто в этом мире…

К стати, ещё одна порция информации к размышлению.

Утверждение о том, что вольбахия не может жить в организме человека и поэтому не опасна для нас, не совсем точно. Вольбахия не может жить непосредственно в клетках нашего тела, однако она обитает в клетках паразитических червей — филярий, которые могут жить в тканях млекопитающих, в том числе человека.

Некоторые особенности и симптомы филяриатозов определяются не самими червями-паразитами, а продуктами жизнедеятельности вольбахии, живущей в тканях червя. Переносчиком филярий являются насекомые. Не исключено, что именно от насекомых эти паразитические черви когда-то (около 100 млн лет назад) «заразились» вольбахией.

Но отношения вольбахии с филяриями совершенно иные, чем с насекомыми. Между червем и бактерией установились полная любовь и взаимопонимание. Вольбахия стала полезным сожителем (симбионтом) филярий. Черви, «вылеченные» от вольбахии, сильно страдают: у них резко снижается плодовитость и растет смертность.

Когда этот факт был обнаружен, ученые и медики преисполнились больших надежд. Может быть, удастся вылечить человека от филяриатоза, «вылечив» его филярий от вольбахии? Ведь извести вольбахию гораздо легче, чем самого червя (круглые черви, к которым относятся филярии, отличаются необыкновенной стойкостью ко всякой химии).

К сожалению, эти надежды оправдались только частично. Уничтожение вольбахии тетрациклином действительно снижает число и плодовитость червей-паразитов, но все-таки не приводит к их полному истреблению.

Источник: https://qbik.club/post_28.html

Антимужской микроб

«Вернулись времена царя Ирода. Таинственная эпидемия уносит жизни младенцев мужского пола. Уцелевшие мальчики на глазах матерей превращаются в девочек или в уродов-интерсексов. Девушки рожают без зачатия, а супружеские пары поражены бесплодием…

» Похоже на начало романа обезумевшего писателя-фантаста, не правда ли? Однако это не беллетристика, а реалистическая реконструкция событий, которые могли бы произойти, если бы человечество подхватило инфекцию, уже поразившую сотни тысяч видов животных.

Бактерия вольбахия впервые была обнаружена в яичниках обыкновенного комара (Culex pipiens) в 1924 году.

Однако изучать ее всерьез стали лишь много десятилетий спустя, когда выяснилось, что именно она является причиной множества разнообразных патологий развития и размножения животных.

Вольбахия обнаружена в клетках жуков, клопов, мух, ос, кузнечиков, бабочек, блох, пауков, клещей, ракообразных, червей… Круг известных «хозяев» вольбахии постоянно растет: сообщения о новых видах животных, ею зараженных, появляются еженедельно.

К тому же ее «методы воздействия», изначально ориентированные на насекомых, пауков и червей, едва ли оказались бы столь же действенными у млекопитающих, иммунная система которых гораздо более совершенна1. С другой стороны, ближайшая родственница вольбахии, риккетсия (изначально — паразит насекомых) уже «освоила» человека как среду обитания.

Результат — эпидемии сыпного тифа и так называемых пятнистых лихорадок.

Вольбахия никогда не действует так грубо. Она поступает со своими жертвами гораздо тоньше и изощреннее, умело манипулирует ими, преследуя свои корыстные цели.

Вольбахия не может жить вне клеток хозяина и передается «вертикально» — от матери к ее детям, проникая в яйцеклетки зараженных самок. Бактерии, попавшие в организм самца, обречены погибнуть вместе с ним, и не могут оставить потомства.

В конце 90-х годов российские ученые обнаружили, что в кладках, отложенных двухточечной божьей коровкой, личинки часто вылупляются только из половины яиц, причем все вылупившиеся насекомые — самки.

Оставшиеся яйца, содержащие бренные останки нерожденных «божьих бычков», немедленно пожираются их сестрами.

Доказано, что причина гибели мужских зародышей — бактерия вольбахия, однако до сих пор не известно, как именно она их убивает и как отличает самцов от самок.

Так, у африканских бабочек остриний, зараженных вольбахией, один самец приходится на 100 или даже 200 самок. Удивительно, что такое катастрофическое сокращение мужского населения не приводит к вымиранию вида.

Оказывается, для выживания популяции часто бывает вполне достаточно очень небольшого числа самцов.

Иногда вольбахии удается извести всех самцов поголовно, и даже это не приводит к вымиранию хозяев, потому что самки, подчиняясь таинственным «приказам» вольбахии, начинают размножаться партеногенетически — без оплодотворения («партеногенетический» по-гречески означает «деворожденный»). Некоторые виды ос, у которых зараженность вольбахией носит поголовный характер, полностью утратили способность к нормальному половому размножению и не возвращаются к нему, даже если их вылечить тетрациклином.

Еще более изощренно поступает вольбахия с некоторыми наземными ракообразными — мокрицами. Разновидность вольбахии, живущей в мокрицах, научилась превращать генетических самцов в самок. У мокриц мужского пола имеется особая железа, выделяющая андрогенный гормон.

От наличия или отсутствия этого гормона зависит, по какому пути пойдет развитие зародыша — мужскому или женскому. Вольбахия подавляет работу андрогенной железы на ранней стадии развития животного, в результате чего из зародыша с мужским набором хромосом развивается самка.

Хромосомы у нее при этом остаются мужскими! Потомство «ложной самки» на 100% состоит из таких же «ложных самок». Если молодую «ложную самку» накормить тетрациклином, она превращается в интерсекса — животное со смесью мужских и женских черт.

Если же вылечить взрослую «ложную самку», она остается самкой, но начинает производить на свет исключительно одних самцов.

Ближайшие родственники
Вся ближайшая родня вольбахии — внутриклеточные паразиты, не способные долго жить вне клеток животного-хозяина. Кроме разнообразных риккетсий, вызывающих у человека сыпной тиф и пятнистую лихорадку, к этой группе бактерий (так называемым риккетсиевым) относятся анаплазма и эрлихия. Анаплазма — возбудитель смертельного заболевания крупного рогатого скота — анаплазматоза. Переносчики анаплазмы — клещи. Эта бактерия живет в эритроцитах коров и вызывает тяжелую анемию, часто заканчивающуюся гибелью животного. Эрлихия тоже переносится клещами и вызывает опасные заболевания жвачных животных и собак: малокровие и сердечную водянку (отек перикарда). Многие риккетсиевые, как и вольбахия, используют T4SS (видоизмененный половой аппарат) для введения в клетки хозяина различных веществ — регуляторов.

Первая задача сравнительно проста, но как удается бактерии влиять на плодовитость тех самок, которые ею не заражены? Оказалось, что бактерия использует в качестве своего орудия зараженных самцов.

Яйцеклетки здоровых самок, оплодотворенные спермой зараженного самца, погибают; однако тот же самец может успешно оплодотворить любую зараженную самку, и их потомство (естественно, тоже зараженное) будет вполне жизнеспособно.

Это явление, получившее название «цитоплазматическая несовместимость»2 — одна из самых интригующих загадок вольбахии.

Какую удивительную манипуляцию проделывает этот микроб со сперматозоидами зараженного самца, что они становятся неспособны оплодотворить здоровую яйцеклетку, но полностью сохраняют способность к оплодотворению яйцеклеток зараженных? Сложность проблемы усугубляется еще и тем, что внутрь сперматозоида вольбахия проникнуть не может — он для этого слишком мал.

Эта загадка пока не разгадана до конца, однако удалось установить, что «цитоплазматическая несовместимость» является результатом слаженных действий бактерий, находящихся в яйцеклетке, и тех, что живут в половых железах самца.

Вольбахии, живущие в семенниках самца, вводят в созревающие сперматозоиды какое-то вещество (скорее всего, белок), которое прикрепляется к хромосомам сперматозоида и «портит» их. Одновременно оно служит своего рода меткой — «условным знаком» для вольбахий яйцеклетки.

Когда происходит слияние сперматозоида с яйцеклеткой (оплодотворение), «метка» нарушает поведение отцовских хромосом, не позволяет им объединиться с материнскими и начать слаженно делиться вместе с ними. Вскоре отцовские хромосомы разрушаются, что почти всегда приводит к гибели зародыша3. Так обстоит дело, если в яйцеклетке нет вольбахии.

Самое удивительное, что вольбахии, находящиеся в яйцеклетке, за редкими исключениями спасают от разрушения только те хромосомы, которые были помечены той же самой разновидностью бактерии (а разновидностей вольбахии известно много сотен).

Каким образом вольбахия отличает «свою» метку от «чужих», остается загадкой. Однако эта «разборчивость» вольбахии, которую она проявляет в деле спасения мужских хромосом, имеет большое практическое значение.

Благодаря ей вольбахия обрела способность управлять не только размножением и развитием своих хозяев, но даже их эволюцией!

Представим себе, что одна часть какого-то вида животных заразилась одной разновидностью вольбахии, а другая — другой.

Если обе разновидности бактерии вызывают «цитоплазматическую несовместимость», это неизбежно приведет к тому, что данный вид окажется насильственно разделен на две половинки, не способные скрещиваться друг с другом. Фактически это означает разделение исходного вида на два.

Свершится величайшее таинство эволюционного процесса — «акт видообразования». Свершится не по Божьей воле и не по законам классической эволюционной теории, не в результате естественного отбора, а по «прихоти» какой-то бактерии.

Друг нашего врага
Утверждение о том, что вольбахия не может жить в организме человека и поэтому не опасна для нас, не совсем точно. Вольбахия не может жить непосредственно в клетках нашего тела, однако она обитает в клетках паразитических червей — филярий, которые могут жить в тканях млекопитающих, в том числе человека. Филярии вызывают у людей ряд опасных заболеваний — филяриатозов. Черви поражают подкожную клетчатку, внутренние органы (в том числе сердце), глаза. Некоторые филярии вызывают так называемую слоновость — чрезмерное разрастание клетчатки, отчего рука или нога может непомерно раздуться. Некоторые особенности и симптомы филяриатозов определяются не самими червями-паразитами, а продуктами жизнедеятельности вольбахии, живущей в тканях червя. Переносчиком филярий являются насекомые. Не исключено, что именно от насекомых эти паразитические черви когда-то (около 100 млн лет назад) «заразились» вольбахией. Но отношения вольбахии с филяриями совершенно иные, чем с насекомыми. Между червем и бактерией установились полная любовь и взаимопонимание. Вольбахия стала полезным сожителем (симбионтом) филярий. Черви, «вылеченные» от вольбахии, сильно страдают: у них резко снижается плодовитость и растет смертность. Когда этот факт был обнаружен, ученые и медики преисполнились больших надежд. Может быть, удастся вылечить человека от филяриатоза, «вылечив» его филярий от вольбахии? Ведь извести вольбахию гораздо легче, чем самого червя (круглые черви, к которым относятся филярии, отличаются необыкновенной стойкостью ко всякой химии). К сожалению, эти надежды оправдались только частично. Уничтожение вольбахии тетрациклином действительно снижает число и плодовитость червей-паразитов, но все-таки не приводит к их полному истреблению.

Вольбахия привлекает самое пристальное внимание ученых всего мира. Ежегодно публикуются сотни научных статей, посвященных этой бактерии. Совершенно очевидно, что понимание механизма совершаемых ею манипуляций даст человеку в руки мощнейшие средства воздействия на природу.

Дело затрудняется тем, что вольбахия не растет на искусственных средах, поэтому ее нельзя изучать обычными микробиологическими методами.

Новая эпоха в изучении вольбахии началась в марте 2004 года, когда были опубликованы результаты расшифровки генома одной из ее разновидностей (к настоящему времени полностью расшифрованы геномы двух разновидностей вольбахии; геномы двух других прочтены частично).

Анализируя последовательность нуклеотидов единственной молекулы ДНК вольбахии компьютерными («биоинформационными»)методами, ученые надеются идентифицировать гены и белки, при помощи которых вольбахия манипулирует своими хозяевами.

Группа российских ученых под руководством профессора И. А. Захарова (Институт общей генетики РАН) вот уже несколько лет пытается разгадать тайну вольбахии. Согласно новейшим данным, в геноме вольбахии удалось выявить несколько десятков генов — наиболее вероятных кандидатов на роль регуляторов жизнедеятельности хозяев.

Выяснилось, что бактерия впрыскивает в цитоплазму клеток хозяина регуляторные белки, которые вмешиваются в работу так называемого цитоскелета — опорно-двигательного аппарата клетки, от которого зависит, в частности, поведение хромосом во время клеточного деления.

Свои коварные «инъекции» вольбахия осуществляет при помощи особого устройства — так называемой секреторной системы типа 4 (T4SS). Это устройство представляет собой не что иное, как… модифицированный половой аппарат.

Если немного отступиться от строгой биологической терминологии, можно сказать, что вольбахия совершает с клетками своих хозяев половой акт, только вместо наследственного материала она вводит в них различные комбинации белков-регуляторов.

По мнению ученых из группы И. А. Захарова, для окончательной разгадки всех тайн вольбахии потребуется еще несколько лет. Однако практическое использование промежуточных результатов исследований начинается уже сейчас. В частности разрабатываются методы использования вольбахии для регуляции численности и плодовитости насекомых: как вредных, так и полезных.

Мнимая польза
Вольбахия заинтересована в том, чтобы зараженные ею самки производили как можно больше потомства, и она умеет добиваться этого. У многих видов насекомых, зараженных вольбахией, лечение тетрациклином приводит к снижению плодовитости самок. Кроме того, в ряде случаев зараженные вольбахией особи живут дольше, ведут себя активнее и в целом оказываются более жизнеспособными по сравнению с вылеченными. Значит ли это, что вольбахия может приносить не только вред, но и пользу? Едва ли. Негативные эффекты, проявляющиеся после излечения, обычно исчезают через 2-3 поколения. Например, у мухи Drosophila simulans после излечения от вольбахии наблюдалось снижение плодовитости. Однако уже через три поколения вылеченные мухи производили столько же потомства, сколько и зараженные.
Это наводит на мысль о том, что «польза», приносимая вольбахией хозяину, может быть иллюзорной. Член-корреспондент РАН генетик И. А. Захаров совместно с автором этой заметки высказали предположение, что вольбахия способна вызывать нечто вроде наркотической зависимости или пользоваться приемом «яд—противоядие», распространенным у некоторых паразитов. Эти паразиты вырабатывают комплекс из двух веществ, одно из которых является ядом для хозяина, а другое — противоядием, причем яд устойчив, а противоядие быстро разрушается в организме, и его запас должен постоянно возобновляться. В результате хозяин, которому удалось тем или иным способом освободиться от паразита, погибает. Хозяин становится сам заинтересован в том, чтобы любой ценой сохранить своего паразита.

1 К числу утешительных фактов можно отнести и то, что любое животное, зараженное вольбахией, довольно легко вылечить — вольбахия весьма чувствительна к антибиотикам, в особенности к тетрациклину.

2 Название этому эффекту было дано еще до того, как было установлено, что его причиной является вольбахия. Было замечено, что некоторые самцы комаров репродуктивно несовместимы с некоторыми самками.

Установили, что несовместимость наследуется по материнской линии; из этого сделали вывод, что фактор, определяющий это свойство, содержится не в хромосомах и не в ядре, а в цитоплазме (поскольку оплодотворенное яйцо получает ядра и хромосомы от обоих родителей, а цитоплазму — почти исключительно от матери).

«Вольбахиевый бум» в микробиологии начался после того, как обнаружилась связь «цитоплазматической несовместимости» с присутствием в яйце бактерии вольбахии.

3 Оплодотворенное яйцо, из которого развивается зародыш у большинства животных и растений, имеет двойной хромосомный набор, половина которого получена от матери, половина — от отца. Неоплодотворенное яйцо, как и сперматозоид, имеет одинарный набор хромосом.

Гибель отцовских хромосом в оплодотворенном яйце приводит к тому, что яйцо снова становится как бы неоплодотворенным. В большинстве случаев из такого яйца зародыш не развивается.

Рост числа незараженных самцов, очевидно, невыгоден бактерии. Это один из немногих случаев, когда вольбахия «недосмотрела».

Источник: https://elementy.ru/lib/164668

Wolbachia

Wolbachia — род грамотрицательных плеоморфную (существуют в трех формах) бактерий, облигатных внутриклеточных симбионтов насекомых и филярий, по оценкам 25-70% всех видов насекомых содержат эту бактерию. Представители рода были открыты в 1924 году в комары Culex pipiens и описаны в 1936 году.

Это монотиповий род (ранее он включал еще два вида — Wolbachia persica и Wolbachia melophagi, первый был переименован в Francisella persica и размещен в ряде гамма-протеобактерий, второй был отнесен к семейству Anaplasmataceae). Сейчас единственным и типичным видом рода является Wolbachia pipientis.

Биологические свойства

Известны три формы (морфы) Wolbachia pipientis: малые палочковидные (0,5-1,3 микрон длиной), коки (0,25-1 микрон) и большие палочки (1-1,8 микрон в диаметре).

Клетки Wolbachia НЕ окрашиваются по Граму, клеточная стенка имеет характерную для грамотрицательных бактерий строение, также эти бактерии окрашиваются по Романовскому-Гимзе.

Размножаются в вакуолях клеток членистоногих и нематод, попытки культивации на питательных средах остались безуспешными. Культивируются на культурах клеток насекомых.

Влияние на хозяина

Wolbachia pipientis известна своим влиянием на репродуктивные свойства членистоногих — ее хозяев. Эти бактерии способны инфицировать различные органы, но наиболее известны инфекциями яичек и яйцеклеток. Wolbachia pipientis может вызвать следующие четыре фенотипа

• Андроцид: дегенерация эмбрионов мужского пола и их смерть (встречается в некоторых жуков, бабочек и мух).
• Феминизация: превращение инфицированных самцов (в некоторых чешуекрылых и мокриц) на самок или бесплодных псевдо-самок путем ингибирования развития андрогенной железы и выработки андрогена, а также угнетение действия андрогена на клетки-мишени.
• Партеногенез: репродукция инфицированных самок без оплодотворения самцами. Происходит в результате остановки митоза в первой анафазе неоплодотворенных зигот, в результате чего происходит удвоение хромосом и формируется гаплоидный эмбрион. Некоторые исследователи даже предполагают, что партеногенез всегда эффектом действия Wolbachia.
• Цитоплазматическая несовместимость: невозможно самцов, инфекованих Wolbachia давать жизнеспособное потомство при спаривании с самками, которые неинфицированные или инфицированные другими штаммами Wolbachia.

В дополнение, некоторые виды настолько зависят от Wolbachia, что способны размножаться без бактерий в своем теле. После устранения бактерий рода Wolbachia происходит снижение плодовитости и приспособленности некоторых насекомых. Wolbachia также необходима для нормальной жизнедеятельности филярий, в связи с чем ведутся поиски методов лечения филяриозов путем устранения симбиотических Wolbachia.

Wolbachia присутствуют в зрелых яйцеклетках, но не в зрелой сперме. Таким образом, только инфековани самки могут передавать инфекцию своим потомкам. Считается, что фенотипы, вызванные Wolbachia, особенно цитоплазматическая несовместимость, играют важную роль в эволюции и образовании новых видов некоторыми видами членистоногих. Wolbachia также может вызвать ошибки при молекулярном филогенетическом анализе.

Источник: http://info-farm.ru/alphabet_index/w/wolbachia.html

Вольбахии: чужие внутри генома

Открытие учёных из американского Института исследований геномики, созданного мультимиллионером Крэйгом Вентером, носит не столько технологический, сколько мировоззренческий характер.Недавно сотрудники созданного им Института исследований геномики совершили очередное открытие – не столько технологического, сколько мировоззренческого характера.

В статье авторского коллектива (двадцать имен) говорится об обнаружении генов

бактерии вольбахии (Wolbachia) в геномах насекомых и круглых червей. . [more]

Чтобы оценить открытие, необходимо обсудить особенности этой бактерии – эндосимбионта и внутриклеточного паразита многих видов беспозвоночных. Посмотрим, что было известно о вольбахиях до настоящего времени.

Итак, вольбахия живет в цитоплазме клеток своих хозяев: насекомых, круглых червей, ракообразных и других беспозвоночных. Иногда клетки насекомых просто нашпигованы этими паразитами! Воздействие вольбахии на ее хозяев может быть весьма разнообразным – иногда она не вредит им, но по большей части наносит серьезный ущерб.

Например, типичное проявление активности бактерии – гибель яиц ее хозяев, содержащих эмбрионы мужского пола (так называемый андроцид, убийство мужчин). Как ни парадоксально, хозяева при этом не вымирают. Во-первых, репродуктивный потенциал популяции зависит от количества самок, а не самцов. Считанные особи мужского пола могут оплодотворить множество женских особей.

Во-вторых, вольбахия может заботиться о воспроизводстве зараженных самок, придавая

им способность к партеногенезу – девственному размножению.

хозяев ущерб.

Почему вольбахия борется с самцами? Потомство зараженных самок будет зараженным, так как вольбахии смогут перейти в яйцеклетки. А сперматозоиды для этих бактерий слишком малы. Самцы “не нужны” паразиту, вот он их и убивает. Но это не единственная стратегия вольбахии.

Для некоторых хозяев (например, мокриц, наземных ракообразных) показано, что бактерии могут сохранять самцов живыми, просто превращая их в самок, несмотря на мужской хромосомный набор. Потомство превращенных самцов будет таким же – самками с генами самцов, образующими партеногенетический клон, зараженный вольбахиями.

В эксперименте удавалось превратить таких мокриц в нормальных самцов, обработав их

антибиотиком и избавив от внутриклеточных паразитов.

Их сперматозоиды теряют способность к оплодотворению яйцеклеток незараженных или зараженных иными клонами вольбахии самок (нечего тем размножаться), но отлично взаимодействуют с яйцами, несущими ту же заразу! Короче говоря, основное предположение исследователей этого явления, названного цитоплазматической несовместимостью, сводится к тому, что вольбахия создает в сперматозоидах некий контролируемый дефект, который может быть исправлен работой бактерий, находящихся в яйцеклетке. Какова стратегия! Вспомните фантастические фильмы и книги –

смогла ли человеческая фантазия придумать что-то подобное?

Одним из следствий изощренности стратегий вольбахии стало так называемое инфекционное видообразование – разделение вида хозяев этой бактерии на множество генетически изолированных партеногенетических или двуполых линий. В результате независимой эволюции такие линии со временем могут превратиться в самостоятельные виды.

Не в этом ли один из секретов видового обилия насекомых и круглых червей – самых многочисленных классов организмов на нашей планете? Не случайно вольбахии населяют клетки примерно 70% видов современных животных! Кстати, в лабораторных условиях вольбахия живет в культуре клеток человека, но в естественных условиях к паразитированию на млекопитающих

эти микроорганизмы, к счастью, не перешли.

Изучение отношений этой умопомрачительной бактерии с клетками ее хозяев может быть ключом к решению более широкой проблемы – происхождения эукариотических организмов. Клетки человека, как и клетки всех других животных, растений и грибов, обеспечиваются энергией благодаря работе митохондрий – относительно автономных клеточных органелл.

Молекулярные исследования убедительно доказали, что митохондрии являются потомками каких-то альфа-протеобактерий, одной из групп бактерий, процветающих до сих пор. Вольбахия относится именно к этой группе. Митохондрии живут в цитоплазме наших клеток, размножаются делением и даже имеют собственную кольцевую ДНК и механизм синтеза белка.

Когда кто-то из нас говорит “я” о своем теле, он подразумевает не только совокупность органов, тканей и клеток, но и населяющих все эти клетки эндосимбионтов – потомков когда-то независимых организмов со своей эволюционной судьбой.

Впрочем, о самодостаточности митохондрий не может быть и речи – большая часть необходимых им белков кодируется в ядерном геноме. В течение длительного времени это обстоятельство было излюбленным аргументом противников эндосимбиотического происхождения митохондрий.

А отличие вольбахий от бактерий-предков митохондрий

пытались объяснить именно тем, что вольбахии не способны передавать свои гены в ядра. Это предположение не оправдалось.

Исследования этого феномена показали, что геном вольбахии может попросту включаться в состав генома хозяина.

Фрагменты генетической информации этой бактерии найдены в клетках четырех видов насекомых и четырех видов круглых червей; размер фрагментов колебался от почти полного генома (длиной в 1 мегабазу, миллион пар оснований) до относительно небольших

кусочков.

То, что вирусы способны встраиваться в геном своих эукариотических хозяев, а потом выходить из него, известно давно. Такие вирусы могут переносить к новым хозяевам фрагменты генетической информации со своих прежних “мест стоянки”.

То, что на подобный фокус (по крайней мере, в отношении встраивания своей наследственной информации в хозяйский геном) способны и бактерии, обнаружено впервые.

А может ли вольбахия переносить блоки генетической информации хозяев с места на место? Учтите, что “грузоподъемность” бактерии, обладающей собственной клеткой, гораздо выше, чем у вируса – конгломерата нескольких молекул.

Если способна, тогда кто (что), собственно, управляет эволюцией подавляющего большинства видов земных животных? Впрочем, обойдемся без мистики. Весьма вероятно, что чудесной и загадочной для нас вольбахию делает именно ее относительная изученность. Вы уверены, что в живых организмах под нашими ногами не

таятся еще большие чудеса, пока не замеченные нами?

Вспомните исключительные способности вольбахии – от андроцида и обеспечения цитоплазматической несовместимости до феминизации самцов, индукции партеногенеза и увеличения продолжительности жизни хозяев. Вероятно, биохимические “ключи” этих способностей закодированы в ее геноме.

Быть может, причина чудесных способностей вольбахии кроется не столько в ней самой, сколько в организмах, которые она заражает? Может, бактерия лишь открывает “секретные дверцы”, предусмотренные всевышним в конструкции хозяев? Относительно партеногенеза или увеличения продолжительности жизни в это поверить не так уж и трудно. С феминизацией самцов – сложнее, но тоже можно: ведь у мужских зародышей есть потенциальная возможность превратиться в самок. Андроцид? Кто знает… В какой же ситуации виду может быть выгодна такая возможность? Цитоплазматическая несовместимость? Кажется, что реализовать ее без сотрудничества паразита и хозяина было бы невозможно. Но даже если бактерия просто “выбирает” между несколькими вариантами альтернативных стратегий развития хозяина, как она делает этот выбор,

как отключает остальные пути?

…Детям помоложе, которые ходят в школу, и детям постарше, которые ходят в вуз, рассказывают, что организм – это результат реализации определенной генетической программы и что эволюция – это процесс

изменения генных частот в популяциях.

Убедительно, правда?

computerra.ru  

ПС: Статья 2007 года, интересно насколько продвинулись “чужие” с того времени…
[url]http://earth-chronicles.ru/news/2011-11-19-12046[/url]

Источник: https://terrao.livejournal.com/3116529.html