Virová zbraň vos | Věda a život

Krutá morálka ichneumonských vos děsila Charlese Darwina. “Stvořil dobročinný a všemocný Bůh úmyslně ichneumonidní vosy, aby se živily živým tělem housenek?” – zeptal se vědec. Pravděpodobně by se Darwinovo morální rozhořčení ještě zvýšilo, kdyby se dozvěděl, že ichneumonidi své oběti záměrně infikují nebezpečnými viry, které potlačují jejich imunitu.

Ichneumonidní vosa Novichneumon longus z barmského jantaru, který žil před 100 miliony let. V této době ichneumonidi téměř jistě začali používat viry. Foto Dmitrij Kopylov.

Enkapsulační reakce spuštěná imunitním systémem hmyzu Lepidoptera, když parazitoidní vajíčko vstoupí do těla. Plazmocyty, granulocyty a oenocytoidy jsou typy hematocytů (krvinek). Nejprve se na cizí předmět navážou granulocyty a uvolní cytokiny – regulační proteiny, které přitahují masu plazmatických buněk, které tvoří pouzdro. Oenocytoidy pak spustí reakci vedoucí k melanizaci pouzdra. Čerpání z článku: BeckageN., DrezenJ.-M. atd. Londýn: AcademicPress/Elsevier, 2012. S. 151.

Viry a virům podobné částice vos ichneumon, pocházející z různých nudivirů. Vezměte prosím na vědomí, že viru podobné částice vosy Venturia canescens ztratily nejen DNA, ale i proteinový obal (kapsidu) – mají pouze vnější lipidovou membránu. Obrázek z článku: Burke GR // Current Opinion in Insect Science. 2019. Sv. 32. S. 28-35.

Věda a život // Ilustrace

Parazitoidi a imunita: kdo vyhraje?

Parazitoidy by neměly být zaměňovány s běžnými parazity, jako jsou helminti nebo vši. I když paraziti způsobují svým majitelům potíže, snaží se je nezabít (jinak sami zemřou). Naopak parazitoidy způsobují pomalou, ale jistou smrt infikovaného organismu. V podstatě se jedná o dravce operující zpomaleně. Přesně tak se chovají vosy ichneumon – velmi pestrá skupina hmyzu, kterou představuje více než 50 čeledí patřících do řádu blanokřídlých, kam patří i známé včely a mravenci. Dospělé vosy ichneumon se živí především nektarem a pylem, ale jejich larvy jsou parazitoidy, které se nejčastěji zaměřují na jiný hmyz, stejně jako na pavouky, pseudoškorpióny a roztoče. Pro parazitoidní larvy není tělo oběti domovem na celý život, ale pouze živou konzervou, kvůli které musí dokončit vývoj, proměnit se v dospělce a odletět.

Podle životní strategie se potomci vos ichneumon dělí na dvě skupiny: ektoparazitoidi a endoparazitoidi. Ti první sedí na povrchu oběti a vysávají její obsah malými otvory v kůži, zatímco ti druzí se vyvíjejí ve vnitřních tkáních a požírá nešťastníka zevnitř, jako výše zmínění ichneumonidi. Endoparazitoidní larva se vylíhne z vajíčka, které dospělá vosa naklade do jiného hmyzu pomocí dlouhého, flexibilního jehlovitého vejcovodu. Endoparazitoid se nemusí bát, že ho oběť shodí z těla, navíc je vždy krytý lidským štítem před nepříznivými podmínkami prostředí. Ale takový životní styl je spojen s vážnými nevýhodami, z nichž hlavní je rezistence imunitního systému oběti, poněkud podobná té, kterou by zažívalo embryo v těle těhotné ženy, kdyby nebylo chráněno embryonálními membránami.

Při průniku jakéhokoli cizího předmětu se kolem něj hemocyty (krevní buňky) napadeného hmyzu lepí ze všech stran, izolují jej od vnitřních orgánů a blokují přístup živin. Tato forma imunitní odpovědi, nazývaná enkapsulační reakce, představuje pro endoparazitoida největší nebezpečí. Aby se tomu vyhnuli, někteří chalcidoidní parazité raději infikují vajíčka hmyzu, ve kterých se přirozeně ještě nevytvořily hemocyty. Toto chování je typické pro megafragmata, trichogramma a další trpasličí vosy, jejichž délka se počítá v prvních zlomcích milimetru. Ve skutečnosti nemůžete opravdu divočit, když musíte vyrůst do dospělosti s obsahem jediného varle v rezervě. Larvy a dospělý hmyz, kterým se podařilo nabrat tuk, jsou mnohem atraktivnější kořistí, ale je obtížnější se k nim přiblížit. Někteří jezdci musí svá vajíčka snášet s chirurgickou přesností přímo do nervových ganglií. Vzhledem k tomu, že hemocyty nevstupují do nervového systému, tato technika chrání vajíčka před opouzdřením. Ostatní endoparazitoidi nejsou o nic méně sofistikovaní – místo aby ovipositor použili k piercingu, používají ho jako anální sondu, která zažene vajíčko do řitního otvoru oběti. Ve střevní dutině nejsou žádné hemocyty, takže tam snesené vajíčko je také bezpečné.

Virové přenašeče ve službách vos a lidí

Mnoho endoparazitů se nespokojilo s pasivním vyhýbáním se imunitnímu systému svého hostitele a přešlo k jeho aktivnímu potlačování. Některé druhy například spolu s vajíčkem vstřikují do kořisti látky, které brání opouzdření. Ale taková opatření mají pouze dočasný účinek, protože imunosupresivní sloučeniny jsou dříve nebo později vyloučeny z těla postiženého hmyzu. Dobrý parazitoid by měl potlačovat imunitní systém hostitele systémově i zevnitř a ne bojovat s jeho vnějšími projevy. Přesně to dělají nejpokročilejší parazitoidní vosy, které patří do dvou blízce příbuzných čeledí braconidae a ichneumonidae. Tyto čeledi zahrnují asi 19 000 a 24 000 popsaných druhů a dohromady tvoří třetinu druhové diverzity celého řádu blanokřídlých.

Nejstarší fosilní nálezy ichneumonidů a brakonidů pocházejí z první poloviny období křídy a zhruba ve stejné době, soudě podle údajů molekulární fylogenetiky*, došlo k události, která předurčila jejich následný evoluční úspěch. Mluvím o alianci, kterou brakonidi a ichneumonidi vytvořili s viry, aby vložili kopie škodlivých genů do DNA svého kořistního hmyzu.

V přírodě se bakterie aktivně uchylují ke službám virů k přenosu genetického materiálu. Když se bakteriofágy (bakteriální viry) množí uvnitř infikované bakteriální buňky, mohou náhodně uchopit část její DNA a poté ji vstříknout do jiné bakterie. Tento proces, nazývaný transdukce, je jedním z hlavních mechanismů horizontálního přenosu genů mezi bakteriemi, kterým si navzájem zejména předávají rezistenci vůči antibiotikům. Studium práce bakteriofágů v polovině 1990. století přivedlo vědce k myšlence využití virových vektorů v genové terapii. Podstata tohoto přístupu je jednoduchá: pokud se člověk narodil s mutací v životně důležitém genu, pak pomocí přeprogramovaných virů může být do jeho buněk zavedena správná verze tohoto genu. První pacientkou, na které byla úspěšně testována genová terapie, byla v roce XNUMX čtyřletá dívka Ashanti de Silvarodom z amerického státu Ohio. Trpěla těžkou formou vrozené imunodeficience v důsledku defektu genů kódujících adenosindeaminázu. Tento enzym je důležitý zejména pro leukocyty (bílé krvinky), které se v případě jeho nepřítomnosti nemohou normálně podílet na fungování imunitního systému. Aby dívce lékaři pomohli, odebrali jí několik částí bílých krvinek, ošetřili je retrovirem obsahujícím zdravé geny adenosindeaminázy a poté je vrátili do krevního oběhu. Ashanti díky této terapii přežila a proměnila se ve veselou mladou ženu, která se pravidelně objevuje v televizních pořadech věnovaných genové terapii.

Jak zkrotit virus

Úplně stejnou genovou terapii, ale pouze pro diametrálně odlišné účely, praktikují již mnoho milionů let parazitoidní vosy reprezentované brakonidy a ichneumonidy. V jejich vaječnících se syntetizují poly-DNA viry – speciální virové částice, které se spolu s parazitoidním vajíčkem zavádějí do těla oběti. Každý poly-DNA virus nese sadu genů cílených na hemocyty a buňky tukového těla infikovaného hmyzu. Aktivace těchto genů způsobuje chronické narušení imunitního systému oběti. Zejména pomocí virů vkládají parazitoidní vosy do hostitelské DNA geny kódující tyrosin protein fosfatázy. Tyto enzymy blokují restrukturalizaci aktinových mikrofilament – ​​prvků buněčného cytoskeletu. Kvůli problémům s cytoskeletem ztrácejí hemocyty hostitelského hmyzu schopnost se vzájemně propojovat, což eliminuje opouzdření cizích předmětů. Vajíčka a larvy ichneumonidů a brakonidů se proto mohou nacházet téměř v jakékoli části těla oběti, aniž by narážely na jakýkoli odpor její imunity.

Genetici nebyli schopni určit původ poly-DNA virů ichneumonidů – jejich původ sahá možná k nějakému vyhynulému viru. Bylo však možné prokázat, že předky poly-DNA brakonidních virů (brakoviry) byly nudiviry – viry obsahující DNA příbuzné bakuloviru. Dnes nudiviry a bakuloviry infikují širokou škálu hmyzu. Pro svou selektivní patogenitu se dokonce používají při hubení škůdců jako alternativa k obecným insekticidům. Například bakuloviry způsobují housenkovou polyedrózu, virové onemocnění, které způsobuje bobtnání a prasknutí těla hmyzu v oblasti intersegmentálních sept. S největší pravděpodobností podobné syndromy způsobily předkové formy poly-DNA virů. Vosy by takové viry mohly dostat od svých obětí – housenek nebo jiného hmyzu.

Po vyzvednutí viru od oběti ho parazitoidní vosy nějak přeprogramovaly a nahradily původní genetický materiál viru svým vlastním. Je těžké tomu uvěřit, ale poly-DNA viry nesou pouze vosí geny, zatímco nemají žádné geny virového původu. Původní geny viru, kódující proteiny jeho obalu, se staly nedílnou součástí vosího genomu. V důsledku toho virus ztratil schopnost reprodukce v tělech jiného hmyzu a stal se zcela závislým na svém majiteli. Bylo zjištěno, že k sestavování virových částic dochází výhradně v jádrech buněk, které tvoří kalich, speciální tkáň přiléhající ke stěnám vosích vejcovodů. Jak se virus hromadí, jádro kalichové buňky nabobtná jako balón a pak praskne spolu s vnější buněčnou membránou a výsledná tekutina, obohacená virem, vstupuje do tkání oběti spolu s vajíčkem. Protože poly-DNA viry neobsahují genetické instrukce pro syntézu proteinového obalu, nemohou se množit v těle infikovaného hmyzu. O takto zkrocených virech, které lze syntetizovat výhradně v laboratoři, a proto se nikdy nevymknou kontrole, si vědci mohou nechat jen zdát!

Virový arzenál vos: od neštovic po koronavirus

Poly-DNA viry jsou dnes nejlépe prozkoumané, ale nejsou zdaleka jediným nástrojem virového arzenálu ichneumonových vos. Během evoluce opakovaně domestikovali různé skupiny virů. Například v jedových žlázách brakonidní vosy Diachasmimorpha longicaudata, která parazituje na larvách much, vzniká speciální entomopoxvirus DlEPV, který patří do skupiny poxvirů, kam patří i notoricky známý původce pravých neštovic. Genom tohoto viru nebyl dosud prozkoumán, ale již nyní je zřejmé, že na rozdíl od poly-DNA virů je schopen se v těle oběti rozmnožovat, čímž si zachovává určitou nezávislost. Naopak ichneumonidní vosa Venturia canescens, která se používá k hubení škůdců ve stodolách, místo plnohodnotných virů produkuje viru podobné částice neobsahující vůbec žádný genetický materiál. Místo DNA jsou pod obalem takových částic ukryty virulentní proteiny, které blokují enkapsulační reakci. Částice podobné viru sedící na povrchu parazitoidního vajíčka vstřikují tyto proteiny do plovoucích hemocytů, vytvářejí kolem nich lokální „pancíř“ a zároveň nedeaktivují celou imunitu oběti, což může být užitečné v případě útok jiného potenciálního parazitoidního konkurenta. Předpokládá se, že předkem takových viru podobných částic byl také nějaký nudivirus, ale ne ten, který tvořil základ brakovirů.

Parazitoidy spolupracují nejen s viry obsahujícími DNA, jako jsou poly-DNA viry a poxviry, ale také s viry obsahujícími RNA, tedy s těmi, které uchovávají dědičnou informaci ve formě molekul RNA. Například reovirus DpRV2 obsahující RNA byl nalezen v ichneumonidní vosě Diadromus pulchellus, která infikuje kukly zavíječe cibulového, nebezpečného škůdce póru. Tento virus má horší funkčnost než poly-DNA viry, protože nemůže úplně zastavit zapouzdření. Inhibuje však produkci melaninu v membráně vytvořené z adherentních hemocytů kolem parazitoidu. Askovirus DpAV4 obsahující DNA vykonává podobnou funkci u stejného druhu vosy. Melanin není pouze pigment zodpovědný za tmavou barvu u zvířat. Tato látka hraje důležitou strukturální roli, spojuje sousední proteinové řetězce navzájem. Proto je zapouzdřovací reakce obvykle doprovázena melanizací: melanin dodává stěnám vězení dodatečnou sílu, kterou se imunitní systém snaží vybudovat kolem cizího předmětu. V souladu s tím, čím méně melaninu tělo oběti produkuje ve snaze blokovat parazitoida, tím více se cítí uvolněnější.

Někdy parazitoidi pomocí virů zasahují nejen do imunitního systému, ale i do chování oběti, jak dokazuje příklad brakonidních vos Dinocampus coccinellae, které kladou vajíčka do dospělých berušek. Larvy tohoto druhu vylučují během svého vývoje virus DcPV obsahující RNA ze skupiny pikornavirů. Podobně jako poliovirus, původce poliomyelitidy, také pikornavirus, se virus DcPV hromadí v nervovém systému brouka. Poté, co se parazitoid zakuklí, způsobí u berušky třes a dočasné ochrnutí. Beruška na celý týden mrzne nad parazitoidní kuklou a před případnými nepřízní osudu ji zakryje vlastním tělem. No, proč ne scénář pro dystopii o zlých vědcích, kteří vytvořili virus, který z lidstva udělá poslušné otroky, nezištně se starající o své zotročovatele?!

Zajímavé je, že poté, co se dospělá vosa vynoří z kukly a odletí, se některé berušky vrátí do normálního života a přes všechno, co zažily, se dokážou i úspěšně rozmnožit. Možnost takového šťastného konce umožňuje přeřazení larev D. coccinellae z parazitoidů na parazity. Činnost posledně jmenovaného, ​​jak jsem již poznamenal, není spojena se smrtí infikovaného organismu.

Mimochodem, k virům obsahujícím RNA patří i koronaviry, o kterých už slyšel každý obyvatel planety, a jejich použití se dost možná nevyhýbají ani parazitoidní vosy. V každém případě byl asi před 20 lety z braconidní vosy Opius concolor izolován neznámý virus s charakteristickými hrotovitými segmenty na skořápce, velmi podobný slavné „koronavirové koruně“. Role tohoto viru, stejně jako mnoha dalších, bohužel zůstává nejasná. Koneckonců, musíte pochopit, že ne každý virus nalezený v konkrétním parazitoidu je pro něj užitečný. Může se ukázat, že je to jen náhodný společník na cesty nebo za určitých okolností dokonce ublíží svému dopravci.

Vztah mezi viry a členovci je neobdělávanou oblastí pro výzkum. Doufám, že nejnovější koronavirové události nepřímo podnítí zájem o studium rozmanitého virového arzenálu parazitoidního hmyzu.