Wolbachia baktériumok, Aktuális számunk
Ez az állandó igyekezet az emberi együttélés egy rendkívül fontos eleme, ugyanakkor a játszma jóval ősibb eredetű az emberiségnél, hiszen már a mikroorganizmusok szintjén is megjelenik.
A Wolbachia nemzetségbe tartozó baktériumok mesteri fokra fejlesztették manipulációs képességeiket. Valószínűleg ennek köszönhető, hogy ők a legelterjedtebb sejten belül élő baktériumok, melyek ma már gazdaszervezeteik nélkül életképtelenek. A különböző rovarfajok mintegy 65 százalékát fertőzik, de más ízeltlábúakban, illetve fonalférgekben is gyakran előfordulnak.
Felfedezésük két amerikai kutató, Marshall Hertig és Samuel Wolbach nevéhez fűződik, akik dalos szúnyogok ivarszerveit tanulmányozva bukkantak rájuk.
Baktériumgénekkel felszerelt rovarok és férgek Nem, ez nem egy újabb alacsony költségvetésű sci-fi film alapötlete, istent játszó őrült tudósokkal. Ezt az "őrületet" az anyatermészet mindenféle emberi beavatkozás nélkül, a saját szakállára vitte véghez és nem először! A mai soksejtű élőlények mind sejtmaggal és különböző sejtszervekkel rendelkező eukarióta egysejtűekből jöttek létre. De maga az eukarióta sejt is valami baktérium-szerű lényből keletkezett. Hogyan alakultak ki e sejtszervek?
Ezek a rendkívül érdekes élőlények a legutóbbi évtizedben igencsak felhívták magukra a figyelmet széles körű előfordulásuknak, illetve a gazdaszervezetekre gyakorolt változatos hatásuknak köszönhetően, amely a reproduktív manipulációktól kezdve wolbachia baktériumok gazdával kölcsönösen előnyös kapcsolat kialakításáig terjed. Ráadásul a legújabb kutatások szerint jelentős szerepük lehet gazdaszervezeteik evolúciójában is.
Mindezek mellett a különböző betegségeket terjesztő vagy éppen a kártevő ízeltlábúak elleni védekezés terén is komoly potenciál rejlik bennük. Ivararány-eltolódás A Wolbachiák képesek manipulálni gazdaszervezeteik szaporodási rendszerét, az eltérő törzsek ugyanakkor eltérő hatással lehetnek a különböző gazdaszervezetekre.
Valamennyi hatás a nőstény utódok számának maximalizálására irányul, hiszen leggyakrabban az anyai leszármazási vonalak útján adódnak tovább egyik generációból a másikba. Wolbachiák egy rovarsejtben A legelterjedtebb közülük a citoplazmás inkompatibilitás; ebben az esetben a fertőzött hímek nem képesek megtermékenyíteni a nem fertőzött vagy épp egy másik Wolbachia-törzzsel fertőzött nőstényeket.
A jelenség hátterében álló molekuláris mechanizmust részleteiben ugyan nem ismerjük, de több gazdaszervezet esetében is wolbachia baktériumok, hogy az embrionális fejlődés korai szakaszában zajló sejtosztódások során az anyai és apai eredetű kromoszómák fejlődése egymáshoz képest időben eltolódik, így az osztódási folyamat nem tud rendeltetésszerűen lezajlani. A jelenség ivararány-eltolódáshoz vezet, akárcsak a feminizáció, vagyis a genetikailag hím utódok funkcionális nőstényekké alakítása.
Mindezt az ászkarákokban a hímek kialakulásáért felelős androgén mirigy hormontermelésének befolyásolásán át valósítják meg, míg a wolbachia baktériumok a kromoszómák szintjén avatkoznak bele az ivarmeghatározási rendszer működésébe. A szűznemzés az ivaros nőstények öntermékenyítő szaporodását jelenti. A Wolbachiák az olyan fajok nőstényeit képesek szűznemzéssel szaporodásra kényszeríteni, amelyekre a haplodiploid öröklésmenet jellemző, ilyenek például a társas darazsak. E fajok esetében a wolbachia baktériumok, haploid petékből hímek, a megtermékenyített, diploid petékből pedig nőstények jönnek létre.
Wolbachiák hatására azonban a megtermékenyítetlen petékből is nőstények alakulnak ki. Kibékíthetetlen ellentét A Wolbachiák által okozott citoplazmás inkompatibilitás az anyai ágon öröklődő genetikai elemek — így a mitokondriális DNS mtDNS — adott típusának elterjedését okozza.
Wolbachia pipientis baktérium
Ha egy fertőzött nőstény bevándorol egy fertőzésmentes populációba, és ott szaporodik, akkor az utódai nagy valószínűséggel mind fertőzöttek lesznek, az általa hordozott mtDNS-variáns pedig egyre inkább elterjedtté válik, mivel a fertőzött hím utódok a citoplazmás inkompatibilitás révén biztosítják, hogy a populációban jelen levő többi, fertőzésmentes nőstény ne tudjon szaporodni.
Ennek következtében tehát a wolbachia baktériumok egyetlen variánsa dúsul fel a populációban, vagyis az adott populáció mtDNS-ének variabilitása jelentősen lecsökken, szélsőséges esetekben lenullázódik. A Wolbachiák reproduktív parazitizmusának formái Werren és munkatársai nyomán A mtDNS szerkezetére a Wolbachiák kétféle hatást fejthetnek ki.
Amennyiben különböző, egymással hibridizáló fajok hordozzák ugyanazt a Wolbachia-törzset, akkor előfordulhat, hogy a két faj mtDNS-e nem fog különbözni egymástól. Ez komoly problémát jelent a molekuláris alapon történő fajmeghatározás során, amelyet éppen a mtDNS egy speciális szakasza alapján lehet elvégezni.
Ez a DNS-szakasz gyakorlatilag egyfajta vonalkód bárkódamelynek segítségével a fajokat oly módon lehet beazonosítani, mint ahogyan a boltokban a pénztárgép speciális vonalkódok alapján ismeri fel az egyes termékeket. A Wolbachiáknak ez a mtDNS-variánsokat homogenizáló hatása figyelhető meg két, ugyanazt a baktériumtörzset hordozó afrikai lepkefaj esetében.
Jóllehet ezek a fajok egyértelműen elkülöníthetők morfológiailag és a sejtmagjuk DNS-e alapján, mégis egységesnek tűnnek a wolbachia baktériumok, vagyis a mtDNS-ük szerint.
Navigációs menü
Ugyanakkor ha egy fajon belül a különböző populációk különböző törzsekkel fertőzöttek, akkor az jelentősen megnövelheti a populációk között a mtDNS variabilitását. A mocsári szénalepke észak-amerikai populációiban például két rendkívül eltérő mtDNS-változat van jelen, mindkettő speciális Wolbachia-fertőzéssel párosulva.
Ellenben sem morfológiai jellemzőik, sem pedig a sejtmag DNS szekvenciái alapján nem lehet a két különböző mtDNS-típusú csoportot elkülöníteni. Cikkünk főszereplői ugyanakkor természetvédelmi szempontból is rendkívül jelentősek a citoplazmás inkompatibilitás miatt. A boglárkalepkék egy észak-amerikai fajával kapcsolatos kutatás mutat rá arra, hogy a Wolbachia-fertőzések feltérképezése kulcsfontosságú a visszatelepítési programok megtervezése során.
Abban az esetben ugyanis, ha nem megfelelően megválasztott például nem ugyanazzal a törzzsel fertőzött forráspopulációból telepítünk be egyedeket a megmentésre szoruló célpopulációba, akkor a citoplazmás inkompatibilitáson keresztül akár el is pusztíthatjuk azt. Az ember szolgálatában Az ízeltlábúakkal ellentétben a fonalférgekben nem reproduktív parazitaként vannak jelen, hanem endoszimbiontaként. Ha antibiotikumok segítségével kiirtjuk őket a férgekből, akkor azok életképtelenné wolbachia baktériumok baktériumok sterillé válnak.
A fonalférgek egy része wolbachia baktériumok állatokban, illetve emberekben élősködik. Olyan súlyos betegségek kórokozóit találhatjuk meg köztük, mint a filariázis vagy a folyami vakság. Mint kiderült, a gazda férgekkel szembeni immunválaszát sokkal inkább a bennük élő Wolbachiák, semmint a parazita férgek fehérjéi váltják ki. Wolbachia baktériumok ezért a legújabb gyógymódok nem a férgekre, hanem a bennük élő Wolbachiákra irányulnak, hiszen úgy tűnik, hogy a férgek léte egyértelműen függ a baktériumok jelenlététől.
Wolbachia pipientis baktérium - Blikk
Balról jobbra: nagypettyes hangyaboglárka korai és késői rajzású formája, szürkés hangyaboglárka két különböző tápnövényre petéző alakja, vérfű hangyaboglárka, zanótboglárka.
Ez wolbachia baktériumok betegség akár életveszélyessé is válhat, védőoltás azonban nem létezik papillomatosis szinonimája. Ezért is vált fontossá különböző alternatív védekezési lehetőségek kidolgozása, amelyekben a Wolbachiá-kat három különböző módon is használják.
Egyrészt fertőzött hímeket engednek szabadon, amelyek a vad típusú, baktériummentes nőstényekkel párzanak, de a citoplazmás inkompatibilitás miatt ezekből a párosodásokból nem keletkeznek utódok. A fertőzött hímek ugyanakkor a többi hímtől elveszik a párosodás lehetőségét, így populációs szinten meggátolják az wolbachia baktériumok utódok létrejöttét. Másrészt fertőzött wolbachia baktériumok engednek szabadon, amelyek a baktériummentes hímekkel párosodva fertőzött utódokat hoznak létre.
Ez utóbbiak ellenállókká válnak a patogénekkel szemben, és a citoplazmás inkompatibilitás miatt egyre nagyobb számban lesznek jelen az állományban.
A manipuláció mesterei
Harmadrészt az élettartamot lerövidítő törzsekkel fertőzött nőstényeket eresztenek szabadon, amelyeknek az utódai is mind hordozni fogják a fertőzést, így valamennyien csökkent élettartamúak lesznek. Viszont csakis azok a nőstények terjesztik a betegséget, amelyek már több áldozat vérét is szívták, amire az említett rövidebb élethossz miatt kisebb lesz az esély.
Idegenek a fészekben Láthattuk, a Wolbachiák számos szempontból rendkívüli jelentőségűek, ám sok tekintetben hiányosak a velük kapcsolatos ismereteink. Wolbachia baktériumok emiatt kezdtük el vizsgálni a fertőzések gyakoriságát és hatásait egy különleges életmódot folytató, Magyarországon is előforduló lepkecsoport, a hangyaboglárkák Maculinea spp. Nőstényeik specifikus tápnövényre rakják le petéiket, majd a kikelő lárvák szemölcsök női gyógyszerek kezelésére a tápnövény éretlen magvaival wolbachia baktériumok.
Ezt követően leereszkednek a talajra, ahol fullánkos vöröshangyák dolgozói adoptálják őket, így a továbbiakban azok fészkeiben fejlődnek.
A ragadozó típusú hangyaboglárkák ugyanakkor a fészekbe kerülve magukkal a hangyalárvákkal táplálkoznak. A hernyók bábozódása szintén a fészekben zajlik, majd a kikelt, de a szárnyukat még fel nem pumpált lepkék a fészek nyílásán át távoznak.
A nagypettyes hangyaboglárka esetében felmerül a Wolbachiák által okozott citoplazmás inkompatibilitás lehetősége. Ennek a fajnak ugyanis két eltérő formája fordul elő a Kárpát-medencében, amelyek rajzási periódusa időben eltolódik egymáshoz képest.
