Ленточный червь лигула манипулирует физиологией и поведением зараженной рыбы с помощью комплекса белков
Биохимики КарНЦ РАН выяснили, как влияет на физиологию и поведение карповых рыб, в частности, лещей, распространенный паразит – ленточный червь лигула. Ученые провели протеомный анализ смывов с зоны контакта паразита и его хозяина, чтобы проследить их взаимодействие на молекулярном уровне. Оказалось, что с помощью комплекса белков лигула может не только подавлять иммунитет хозяина и контролировать доступность питательных веществ, но и снижать бдительность рыбы, делая ее легкой добычей для птиц – конечных хозяев в цепочке развития ленточного червя.
Коллектив ученых Института биологии КарНЦ РАН завершил крупный научный проект, поддержанный грантом Российского научного фонда, по изучению молекулярных адаптационных механизмов жизнедеятельности рыб и их паразитов.
Руководитель исследования – научный сотрудник лаборатории экологической биохимии Института биологии КарНЦ РАН Альбина Цекова. В 2024 году ученый получила медаль Российской академии наук за изучение подобных адаптаций.
– Расшифровка молекулярных механизмов взаимодействия хозяина и паразита является фундаментальной задачей паразитологии. Эти взаимоотношения представляют собой эволюционную гонку вооружений: паразит должен обеспечивать себя питательными веществами и избегать иммунной защиты хозяина, в то время как хозяин должен смягчать вредные последствия вторжения,
– рассказала Альбина Цекова.
Объектом исследования биологов стали лещ Abramis brama и ленточный червь Ligula intestinalis – распространенный паразит карповых рыб, который растет и развивается в полости тела хозяина. В течение жизненного цикла лигула сменяет трех хозяев: первый – рачок, второй – рыба, третий, окончательный, – рыбоядная птица. Несмотря на то, что эта пара является модельной для исследования различных аспектов паразитологии, молекулярная характеристика взаимодействия между ними оставалась малоизученной.
Здоровых и зараженных лещей выловили в озере Сямозеро (Республика Карелия). Ученые собрали смывы с поверхности тела паразитов и брюшной полости рыб – зоны контакта паразит-хозяин – и провели протеомный анализ полученных образцов. Для этого с помощью масс-спектрометрии был определен состав присутствующих в смывах молекул, затем проведена идентификация обнаруженных белков, их статистический и функциональный анализ.
Так, протеомный анализ смывов с поверхности паразита выявил почти 3,5 тысячи аминокислотных последовательностей и примерно столько же – с брюшной полости рыб. Проанализировав их, ученые обнаружили на поверхности гельминта-лигулы белки как самого паразита, так и хозяина, что указывает на активное молекулярное взаимодействие.
– Наши результаты предполагают, что паразит может быть не пассивным обитателем в леще, а активным манипулятором, влияющим на метаболизм хозяина для облегчения уклонения от иммунного ответа и получения питательных веществ,
– рассказала Альбина Цекова.
В частности, среди белков хозяина на теле лигулы были идентифицированы ключевые иммунные факторы, которые могут участвовать в защите паразита от распознавания иммунной системой рыбы. В том числе, вероятно, что лигула маскирует свои антигены под «собственные» молекулы хозяина. Также обнаружено, что паразит может контролировать доступность питательных веществ для хозяина и соответствующим образом регулировать свой собственный метаболизм и развитие.
Протеомный анализ смывов из брюшной полости зараженных лещей показал, что они отличаются от смывов незараженных рыб по ряду белков. Эти различия отражают активное взаимодействие между паразитом и иммунной системой хозяина. В частности, был определен сложный белковый профиль паразита, предназначенный для обеспечения проникновения и длительного паразитирования в организме рыбы.
Особый интерес у ученых вызвало обнаружение в образцах смывов от зараженных рыб ацетилхолинэстеразы – фермента, который расщепляет нейромедиатор ацетилхолин, поддерживающий внимание и активность нервной системы. Когда ацетилхолина становится меньше, нервно-мышечная передача ослабевает — рыба становится вялой и менее осторожной. Этим, вероятно, объясняется, почему заражённых рыб можно увидеть у самой поверхности воды. Они не реагируют на опасность так, как здоровые особи. А для лигулы это шанс завершить свой цикл: вялую рыбу легче поймать птице. В кишечнике чайки паразит достигает половой зрелости и начинает выделять яйца. С помётом птиц яйца попадают в воду, их поедают рачки, рачков — рыбы, и цикл повторяется.
– Проведенное исследование способствует расширению знаний о ключевых молекулярных взаимодействиях в системе «хозяин-паразит». Мы показали динамичное и двунаправленное взаимодействие, которое, вероятно, поддерживает продолжительность инфицирования. Полученные данные могут быть применены в практике для поиска белков-мишеней при разработке ветеринарных, диагностических и антигельминтных, препаратов,
– резюмировала Альбина Цекова.
Результаты исследования опубликованы в международных научных журналах Molecular Biology Reports и «Паразитология».
Ранее ученые биохимики и паразитологи КарНЦ РАН проверили, как отражается на состоянии и пищевой ценности леща его зараженность лигулой. Результаты анализов показали: паразит, неопасный для человека, не оказывает значительного влияния и на качество рыбы.
Фото из архива сотрудников ИБ КарНЦ РАН