Heatmaps viser, at trematoder samles i visse dele af amfibiernes kroppe, ofte med alvorlige fysiske konsekvenser

Trematoder, også kendt som flukes, er en klasse af parasitiske fladorme med indviklede livscyklusser. Dette gør dem interessante for videnskabsmænd, men de er også vigtige for både menneskers sundhed og bevarelse af vilde dyr.

Trematoder kan forårsage infektion hos mennesker, når folk spiser mad, som fladormene har forurenet, herunder rå fisk, krebsdyr og grøntsager. Selvom dette ikke er et stort problem i USA, vurderer Verdenssundhedsorganisationen, at fødevarebåren trematodeinfektion forårsager tab af mere end 2 millioner år af liv til handicap og død på verdensplan hvert år, hvor forskellige arter forårsager kræft, levercirrhose og hjerneblødning. i ekstreme tilfælde.

Nogle trematoder angriber også padder, hvilket bidrager til det årlige gennemsnitlige fald på 3,79 % i deres samlede befolkning. Trematoder som Ribeiroia ondatrae kan spille en rolle i dette fald og forårsage alvorlige misdannelser i 80 % til 90 % af frøerne i nogle regioner i Nordamerika, ifølge Dana Calhoun, en seniorforsker ved University of Colorado Boulder i Department of Ecology og Miljøbiologi.

Hendes nylige forskning viser, at forskellige arter af trematoder har forskellige fordelinger i visse padders kroppe, og at parasitter gik forskellige steder i kroppen på de undersøgte dyr. Disse resultater kan hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå infektionsmekanismerne.

For at forstå trematoder mere fuldstændigt brugte Calhoun sammen med Pieter Johnson, en CU Boulder professor i udmærkelse ved Institut for Økologi og Evolutionær Biologi, og forskerne Jamie Curtis og Clara Hassan varmekort til at karakterisere fordelingen af ​​adskillige trematode-arter i Stillehavets løvfrøer og to arter salamander. Deres resultater blev offentliggjort i Journal of Helminthology .

Den komplekse livscyklus for digenetiske trematoder

Nogle parasitter inficerer kun værter af en enkelt art, mens andre kan inficere tusindvis. En af de egenskaber, der gør digenetiske trematoder (dem, der tilhører underklassen Digenea) så speciel, siger Calhoun, er, at deres standardlivscyklus kræver tre værter at fuldføre.

"Hovedværten kaldes den endelige vært," forklarer Calhoun. "Det kunne være et pattedyr, en større frø, en fisk eller en fugl. I et akvatisk system ville værten få afføring i vandet." Æggene inde i det fækale materiale klækkes, og trematoderne forsøger at finde vej til deres første mellemværter. "I ferskvandssystemet er det normalt en snegl," siger Calhoun.

Når først trematoderne er i sneglene, vil værterne overleve, men de er kastrerede - ude af stand til at formere sig. Ifølge Calhoun skyldes det, at "parasitten overtager gonadeområdet og bruger alle sneglens ressourcer til at formere sig ukønnet. Dette gør det muligt for parasitten at frigive et par tusinde fritlevende cercariae fra sneglen dagligt."

Cercariae er larveformen af ​​trematoder, og i betragtning af at de er sædstørrelser, siger Calhoun, "der skal være mange af dem, hvis de skal nå derhen, hvor de skal hen inden for 24 timer," især i betragtning af at de er ofte byttet på det tidspunkt.

Derefter vil parasitterne forsøge at komme ind i den anden mellemvært, som i dette tilfælde generelt er en padde, men også kan være en fisk, hvirvelløse dyr eller noget, der sandsynligvis vil blive spist af den endelige eller endelige vært, siger Calhoun. .

Denne fase er særlig interessant for parasitologer, fordi parasitter nogle gange ændrer deres værter for at gøre overførsel til den endelige vært mere sandsynlig. For eksempel er arten Ribeiroia ondatrae i stand til at få frøer til at vokse ekstra ben, som nævnt i Calhouns undersøgelse.

Trematoderne overføres fra den sekundære mellemvært til den endelige vært, når den endelige vært spiser den sekundære vært. Amfibier med lemmerdeformiteter forårsaget af trematoder af slægten Ribeiroia antages at blive fanget og spist af definitive værter oftere, ifølge Calhoun. Parasitter er i en lidt akavet position på dette tidspunkt, da de ikke ønsker at forårsage døden af ​​deres værter, men ønsker at blive spist for at fuldføre deres sidste fase af deres livscyklus.

Trematoder kan også nogle gange have en fjerde vært, kaldet den parateniske vært. Disse værter tillader parasitter at overleve i tider, hvor endelige værter ikke er tilgængelige, siger Calhoun.

"Det er en tilbageholdelse, da frøen til sidst vil forlade vandet, og det vil gøre det svært for fugle at spise den," tilføjer hun. Parasittens udvikling er sat på pause, mens den er i en paratenisk vært.

"Forenklede livscyklusser er meget lettere," bemærker Calhoun, men trematodens livscyklus kræver, at mange stadier af dyrets liv udspiller sig på en bestemt måde. "Det ser ud til, at der er mange måder, hvorpå denne form for livscyklus kan blive afbrudt, men det er stadig så almindeligt. Trematoder er over hele verden, og for mig er det det, der gør dem meget specielle."

Forskellige kropsdele, forskellige parasitter

For at producere de endelige varmekort, der viser, hvor parasitterne samlede sig i paddernes kroppe, dissekerede forskerne frøerne og salamanderne og registrerede antallet og typen af ​​parasitter i hver celle i et gitter af dyrenes kroppe.

Dette afslørede, at forskellige arter af parasitter (Alaria marcianae, Cephalogonimus americanus, flere arter af Echinostoma og Ribeiroia ondatrae) havde forskellige udbredelser, og at parasitter gik til forskellige steder i salamanderens kroppe, end de gjorde hos frøerne.

Hos frøerne blev det meste af Echinostoma fundet i nyrerne, det meste af Ribeiroia blev fundet foran på kroppen, det meste af Alaria blev fundet på bagsiden af ​​kroppen (især omkring halsen), og Cephalogonimus trematodes var fordel nogenlunde jævnt mellem for- og bagside. Både Ribeiroia og Cephalogonimus var koncentreret i specialiserede regioner og kan derfor betragtes som specialparasitter.

"Specialister bruger normalt et bestemt område eller mikrohabitat i værten, eller de kan endda specialisere sig i selve værten," siger Calhoun. For eksempel bruger en af ​​de parasitter, hun studerer, Scaphanocephalus, fiskeørn som sin endelige vært, hvorimod andre trematoder kan leve i alle taxaer af fugle, der spiser fisk. Derfor er der risiko for, at mellemværten bliver spist af en anden fugl end en fiskeørn, hvilket forstyrrer parasittens livscyklus.

Der er også en vis risiko for, at værtsarten uddør, hvilket ville tvinge parasitten til at finde en anden vært. Men, forklarer Calhoun, er specialister tilpasset deres definitive vært, hvilket gør det mindre sandsynligt, at værten med succes vil fjerne dem eller dræbe dem med sit immunsystem. Desuden kan specialisering i ét dyr eller område inden for et dyr reducere konkurrencen.

Undersøgelsen viste også, at Ribeiroia klumrede sig forskellige steder hos salamander end hos frøer. Ribeiroia var de eneste parasitter, der blev fundet i salamander, der blev indsamlet til undersøgelsen, og de var koncentreret i vævene nær forsiden af ​​kroppen frem for dem, der var tættere på bagsiden.

Calhoun siger, at det kan skyldes, at de kommer ind i salamanders kroppe forskelligt:​​"En af de egenskaber, der er forskellige mellem værterne i undersøgelsen, er, at salamandere er kødædere, så det kan være, at de forsøger at spise parasitterne, når de er i vandet system og bliver derfor inficeret på den måde."

Fordelene ved at bruge varmekort

Co-infektion er den samtidige infektion af en vært af flere patogenarter. Ifølge Calhoun har forskere set coinfektion af flere trematoder gennem vilddyrsdissektion. Denne undersøgelse viser, at samtidige parasitter ofte optager de samme rum eller mikrohabitater i værter.

"I en af ​​vores figurer," siger Calhoun, "viser vi, at begge parasitter ville være i den samme lille gittercelle meget almindeligt. Du har hele denne dermis af dyret, men de går alle til det samme område. Heatmaps gjorde det muligt for os at se det, men nu skal vi undersøge hvorfor."

Calhoun siger, at varmekort generelt kan være nyttige til at specificere positionerne af parasitter i værter.

"Hvis jeg dissekerer noget, og jeg finder parasit A ​​i hovedet og parasit B i lemmen," forklarer hun, "er det så bredt bare at sige 'i hovedet' eller 'i lemmen', fordi de områder er så store i forhold til parasitterne Det, som heatmaps viser, er, at de er i de samme 1-by-1-celler på heatmap-gitteret, stort set stablet oven på hinanden andre steder. Det er vigtigt for forskere at studere disse mikrohabitater, især hvorfor flere parasitter bruger det samme mikrohabitat."

Mens nogle parasitter samles i de samme rum, gør andre det ikke. For eksempel siger Calhoun, at Echinostoma for det meste er den eneste parasitart, der findes i nyrerne hos padder fra undersøgelsen. Dette tyder på, at de er unikt tilpasset til at komme ind i denne del af kroppen.

Heatmaps hjalp også forskerne med at forklare, hvorfor frøer, der var inficeret med Ribeiroia fra én region, som forskere besøgte, ikke var misdannede så ofte som frøer fra en anden region.

"I (San Francisco) Bay Area ville du se (frøer med) seks eller syv ben med høje mængder Ribeiroia, men vi så ikke det samme fænomen i de høje områder i Californien, da lasten af ​​Ribeiroia var nogle gange dobbelt," siger Calhoun.

"For at udforske denne tendens undersøgte vi varmekortene for Ribeiroia-infektioner i begge områder og fandt ud af, at Ribeiroia af en eller anden grund af en eller anden grund gik til hoved- og (kæbe)regionen, ikke til bagbenene. Det kunne være relateret til timing Det er meget koldere i bjergene, og det bliver først varmt i dette område, som er, når frøerne begynder at forvandle sig. Derfor kan manglen på misdannelser være relateret til manglende timing af parasitudsætning og frøudvikling.

En anden metode involverer brug af fluorescerende mærkning. I et laboratoriemiljø, forklarer Calhoun, vil en mærkning af parasitterne med farve, før de kommer ind i frøerne, gøre det muligt for forskere at spore, hvordan de bevæger sig, hvad konsekvenserne af denne bevægelse er, og om deres placering ændrer sig over tid.

"Og hvis du bruger farvestoffer som dette," siger hun, "kan du udforske enkelte infektioner hos et dyr med Echinostoma, Cephalogonimus eller Alaria, og så tilføje en anden parasit og se, om fordelingen ændrer sig. Andre har vist det med flere parasitter. Når du tilføjer taxa, flytter parasitterne til forskellige områder. "

Flere oplysninger: Dana M. Calhoun et al., Sætte infektion på kortet:Brug af varmekort til at karakterisere inden for og mellem værtsfordelinger af trematode metacercariae, Journal of Helminthology (2023). DOI:10.1017/S0022149X2300069X

Leveret af University of Colorado at Boulder