.RU
Карта сайта

ЭВОЛЮЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ - Российская академия естественных наук ноосферная академия науки и образования

ЭВОЛЮЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

ПАРАЗИТИЗМА4


Б.А. АСТАФЬЕВ, О.Е. ПЕТРОВ



Паразитизм – формирующийся в процессе коэволюции множества взаимодействующих симбиотических систем способ жизни патогенных организмов за счёт других видов (хозяев), детерминированный геномами как паразита, так и хозяина, в результате чего у последнего формируются и постоянно совершенствуются защитные механизмы и вместе с ними и другие системы организма, а у паразитов – способы уклонения от них. Это основанный на принципе асимметрии равновесия и обеспечивающий саморазвитие и саморсовершенствование паразитарных систем важнейший (внутренний) фактор ускорения эволюции жизни на Земле. Коадаптация паразитических организмов и их хозяев – важный фактор развития универсальности иммунных и генетических систем живой природы. Соединение генетических, эволюционных, экологических и паразитологических концепций позволило охарактеризовать всю совокупность общебиологических формообразующих факторов паразитизма, понять этот феномен в соединении с другими биологическими явлениями, определить его действительное место среди них и создать современную синтетическую теорию этого явления.

Первую попытку дать определение паразитизма сделал Лейкарт в 1852 г. (см. [35]). В последующем таких попыток было множество [1 – 3, 8, 12, 17, 25]. Однако все определения продолжали страдать неполнотой или неточностями, вследствие чего создалось даже представление, что современное развитие науки не позволяет дать определение паразитизма [18, 31]. Основная причина такого положения, на наш взгляд, ‒ это отсутствие генетического подхода к этому явлению. Это же обстоятельство не позволяло достаточно чётко различать паразитизм и другие формы симбиоза – мутуализм и комменсализм. В отличие от мутуалов и комменсалов паразиты – патогенные организмы. Они обладают генетической информацией и соответствующими системами питания и защиты, которые позволяют им использовать организмы других видов (хозяев) в качестве среды обитания (постоянной или временной) и источника пищи и уклоняться от их защитных механизмов. Последнее тоже принципиально отличает их от мутуалов и комменсалов. Паразитический образ жизни характерен для патогенных вирусов, микроорганизмов, простейших, гельминтов, грибов, членистоногих и некоторых растений.

Организм хозяина также содержит генетическую информацию, которая даёт ему возможность регулировать свои отношения с паразитическими видами. Таким образом, паразит и хозяин составляют эволюционно сформировавшуюся единую систему, не только физиологическую, но и генетическую. Систему паразит – хозяин можно рассматривать также как саморегулирующуюся, постоянно совершенствующуюся экологическую систему, в которой отношения между партнёрами находятся в состоянии запрограммированного подвижного равновесия. В основе развития этой системы лежит принцип асимметрии равновесия. “Равновесие системы – результат её неравновесности, которая и делает систему внутренне активной, способной к дальнейшему развитию. Асимметричные свойства биологических популяций обусловливаются их неоднородностью” [6]. Заметим, что проблема саморегуляции паразитарных систем и их эволюции всесторонне рассматривается в фундаментальных трудах Белякова [5], Белякова и Каминского [6], в связи с чем в дальнейшем останавливаться на ней не будем. Паразитические организмы стимулируют совершенствование неспецифической защиты и иммунной системы у своих хозяев и вместе с тем биохимических процессов и морфологических структур, а факторы защиты, метаболические процессы и структуры хозяина определяют и регулируют условия жизни паразита. Существенное влияние на эту систему оказывают и другие элементы симбиоценоза. И даже с учётом этого обстоятельства среда обитания паразитических организмов, очевидно, информативно более организованна, чем среда свободноживущих видов. Эволюционно паразит приспосабливается к организму хозяина, к типичному для него симбиоценозу, в том числе и паразитоценозу, и приспосабливает организм хозяина и другие элементы симбиоценоза для своих жизненных нужд. В результате формируются комплементарные симбиоценотические, в том числе паразитоценотические, системы.

Будучи патогенным, паразит снижает жизнеспособность хозяина и в ряде случаев может привести его к гибели. В высокоадаптированных (облигатных) системах заболеваемость и летальность хозяев вследствие инфекции (инвазии) не должны существенно снижать жизнеспособность всей популяции. В противном случае паразиты уничтожили бы и себя. Наоборот, вследствие включения механизмов естественного отбора они способствуют сохранению наиболее жизнеспособных особей, передаче их генома по наследству, а также приобретению хозяинной популяцией новых полезных качеств в борьбе за существование. Со своей стороны хозяин, обладая защитными механизмами, противодействует внедрению и беспредельному развитию паразита, но часто не в состоянии профилактировать ограниченную инвазию. Паразитохозяинные системы различаются по степени взаимной адаптации (высоко-, недостаточно- и неадаптированные системы). В случаях недостаточно адаптированных (факультативных) систем отмечается уменьшение размеров тела паразитов, снижение их репродуктивной способности, продолжительности жизни, инфективности (инвазивности), однако вирулентность повышается. В неадаптированных (транзитных) системах паразиты могут развиваться, но не находят благоприятных условий для завершения полного цикла развития и обладают наибольшей вирулентностью. Помимо генетических особенностей паразита и хозяина на формирование биологической системы паразит – хозяин огромное влияние оказывают многочисленные факторы окружающей среды (особенности питания хозяина, сопутствующие и ранее перенесённые заболевания, присущий в этот период жизни хозяина симбиоценоз, в том числе паразитоценоз, природно-климатические условия, стрессы и др.).

Свободноживущие и паразитические организмы – это системы с детерминированными процессами передачи генетической информации. Однако между ними имеются существенные различия. Если свободноживущие организмы обитают в открытом пространстве – в малопредсказуемых условиях изменяющейся окружающей среды (вследствие взаимодействия различных биотических и абиотических факторов), то подавляющее большинство паразитических видов, а именно внутренние паразиты – в полузакрытых системах, т. е. в организмах своих хозяев, “в условиях доставки пищи на дом” и защиты от окружающей среды, но вместе с тем и непосредственного воздействия иммунной системы и других защитных механизмов организма хозяина либо “запрограммированного” ожидания этого воздействия. Наличие адаптивных механизмов противодействия этому воздействию, изобретённых природой в процессе эволюции (см. ниже), делает возможным само существование паразита в организме хозяина. Такое понимание даёт ключ к единой трактовке различных явлений, характерных для паразитизма. В ходе коэволюции паразита и хозяина происходили адекватные изменения систем органов и органелл паразита и их функций и связанные с ними изменения в организме хозяина. Эволюционировали и совершенствовались их генетические, защитные (в том числе иммунная) и прочие системы. Если у свободноживущих организмов генетический аппарат совершенствовался в направлении адекватного отражения широчайшего набора вероятностных процессов, включая воздействие биотических (в том числе паразитарных) и абиотических факторов, то у паразитических организмов – в направлении адаптации к организму хозяина и, в частности, уклонения от его защитных механизмов. В свободноживущей фазе развития паразитические организмы эволюционируют так же, как и свободноживущие особи. В результате у паразитов сформировалась своеобразная, присущая только им и обязательная для них система жизнеобеспечения в организме хозяина – система способов уклонения от механизмов защиты организма их хозяев. Это обеспечивало и обеспечивает им оптимальные условия в период паразитирования, т. е. в относительно стандартной запрограммированной и в то же время изменчивой среде. Генетическое детерминирование организмом хозяина условий существования в нём паразитических видов служит фактором, определяющим их эволюционную изменчивость. Особо следует подчеркнуть, что направление этой изменчивости вместе с тем определяется и другими компонентами биоценоза. В результате оказались заполненными экологические ниши живой природы. Вследствие больших популяционных вариаций биологических видов и их широчайших приспособительных возможностей в природе наблюдается огромное количество вариантов паразитоценозов, даже внутри одной особи и тем более вида хозяина, т. е. эти комплексные паразитохозяинные системы обладают большой, но вместе с тем ограниченной свободой вариабельностей.

Отличительные особенности паразитических организмов – это: многообразие связей со структурами и метаболическими системами организма хозяина и другими элементами симбиоценоза; необходимость периодической смены хозяев из-за ограниченности их жизни или ухудшения условий жизнеобеспечения паразитов; стадийное развитие с наибольшей активизацией процессов жизнедеятельности в (на) организме хозяина; смена периодов биопаузы периодами быстрых и интенсивных морфологических и функциональных перестроек с последующей инициацией процесса размножения; последовательность активизации одних и выключения других частей генома паразита (наибольшим числом таких функциональных частей генома обладают паразиты с наиболее сложными циклами развития – парагонимусы, описторхи, клонорхи, фасциолы, шистосомы, дифиллоботрииды и др.); высокая степень фено- и генотипической изменчивости и вследствие этого чрезвычайно широкая популяционная вариабельность по каким-либо признакам, особенно на ранних стадиях развития; более высокая скорость размножения паразитических организмов, превосходящая таковую их хозяев в сотни - миллиарды раз и более; патогенное воздействие на организм хозяина с последующей его защитной реакцией, закодированной в геноме хозяина; проявляющееся в процессе адаптации к своим хозяевам “стремление” паразита к нанесению организму хозяина и в особенности популяции в целом возможно меньшего вреда; усиление вирулентности при ухудшении среды обитания или заражении малоадаптированных к данному паразиту хозяев; наличие и дальнейшее совершенствование системы способов уклонения от защитных механизмов хозяев.

Паразиты не только способны уклоняться от защитных механизмов своих хозяев, но и обладают качествами, позволяющими совершенствовать этот процесс. У них существует широчайший спектр способов избежать защитные механизмы организма хозяина. Это: включение генома умеренных вирусов (бактриофаги, ретровирусы) в хромосому клетки (от бактериальных до многоклеточных организмов, в том числе позвоночных хозяев) с их “вертикальной” передачей, т. е. наследованием (вирогения, лизогения); с помощью плазмид (у бактерий), содержащих гены резистентности по отношению к специфическим и неспецифическим факторам иммунитета; локализация паразитов (возбудителей ВИЧ-инфекций, туберкулёзных и лепрозных бактерий, бруцелл, лейшманий и др.) в клетках иммунной системы (например, лейшмании, направленно инактивируя лизосомальные ферменты макрофага, создают благоприятные для себя условия паразитирования в паразитарной вакуоли – фаголизосоме, что обеспечивает им жизнедеятельность и условия для размножения); синтез ингибиторов специфических (антител, лимфоцитов) и неспецифических (макрофагов, комплемента, лизоцима и др.) факторов иммунитета, т. е. синтез иммунодепрессантов; изменение поверхностных антигенов паразита в сторону сближения с антигенами хозяина (“молекулярная мимикрия”) или связывание антигенов хозяина поверхностными структурами паразита; антигенная изменчивость паразита на протяжении инфекции (инвазии), в том числе связанная со стадиями развития; различные варианты стадий покоя, или анабиоза (вирионы, эндоспоры бацилл, споры грибов, цисты и гипнозоиты простейших, яйца и инкапсулированные личинки гельминтов, некоторые цестоды в фазе дестробиляции, семена паразитических растений и др.); формирование капсулы (представители родов Klebsiella, Yersinia, Clostridium, а также Bacillus anthracis, Streptococcus pyogenes, S. pneumoniae и др.); отторжение поверхностного слоя кутикулы (например, у гельминтов во время линьки) и ряд других способов. Среди разнообразных способов уклонения паразитов от защитных механизмов своих хозяев можно особо выделить изменчивость поверхностных антигенов, например у малярийного плазмодия, трипаносом, личинок Trichinella spiralis и др. Так, в каждой новой генерации часть трипаносом несёт поверхностный антиген, несколько отличающийся от предыдущих. Смена антигенов трипаносом происходит в результате транспозиции и дупликации генов, кодирующих антигенные детерминанты. В результате меняется расположение гена по отношению к промотору. Попадание перемещённых последовательностей нуклеотидов в зону промоторов приводит к изменению в экспрессии генов, транскрипции перемещённых последовательностей и появлению новых белков – поверхностных гликопротеинов [28]. Установлено, что включение в поверхностную оболочку трипаносом новых гликопротеинов происходит с низкой частотой (10–6 – 10–7 на одно деление паразита). В лабораторных условиях влияние на этот процесс антител не регистрируется. Из этого следует, что закономерности процесса смены поверхностных гликопротеинов у трипаносом заложены в их геноме. Один клон паразита может попеременно образовывать до 100 различных поверхностных гликопротеинов. Этот процесс протекает в организме как насекомого-переносчика, так и млекопитающих. Эти антигенные вариации позволяют трипаносомам преодолеть иммунный ответ хозяина (животного, человека), затрудняют серотипирование и делают невозможной успешную вакцинацию.

Рассматриваемая система, в которой экспрессия генов изменяется вследствие запрограммированной реорганизации ДНК, имеет преимущества перед обычной системой регуляции генной экспрессией. Она заключается в следующем: изменения в генной экспрессии наследуются; увеличивается количество возможных вариантов экспрессируемых белков; синтез новых белков является конститутивным и не требует индукции; рекомбинация может приводить к реверсии. Таким образом, организмы получают более гибкий механизм контроля экспрессии генов с возможным внесением новой генетической информации, что обрекает на неудачу иммунный ответ с антителами, запрограммированными по информации, основанной лишь на прошлых инвазиях. Очевидно, что в последнем случае клон трипаносом, несущий новый гликопротеин, получает преимущество перед другими, так как организм хозяина оказывается перед ним беззащитным.

У возбудителей малярии наряду с генетически запрограммированной многократной сменой поверхностных белковых антигенов в соответствии со стадиями развития плазмодия при освобождении мерозоитов наблюдается процессинг высокомолекулярных антигенных белков, т. е. их преобразование в белки с меньшей молекулярной массой. Процессинг поверхностных белков дополняет способность мерозоитов ускользать от воздействия антител, облегчая их существование до внедрения в эритроциты. Мерозоиты могут быть защищены и с помощью поверхностных S-антигенов, имеющих, в частности, у Plasmodium falciparum 11 тандемных повторов аминокислот, различающихся даже между штаммами паразита. Это ведёт к возникновению у возбудителя множества серотипов, не дающих перекрёстных иммунологических реакций. Одна из возможных защитных функций S-антигенов – это стимулирование T-клеток иммунной системы хозяина, что в силу множественности повторов S-антигенов может вести к исчерпанию способности B-клеток к дифференциации, т. е. к иммуносупрессии [13, 14]. Малярийные паразиты обладают чрезвычайно большой способностью адаптироваться как к организму хозяина, так и к изменяющимся условиям среды. Возбудитель трёхдневной малярии (Plasmodium vivax) может на стадии спорозоита (после проникновения в организм человека) переходить в состояние покоя (“дремлющая” стадия, или гипнозоит), и продолжительность этой стадии может колебаться от 3 дней до 19 месяцев5 [4, 33]. Поскольку малярийный паразит на этой стадии развития – гаплоидный организм, Беляев и др. [4] высказали предположение: этот признак контролируется разными локусами, что и позволяет гипнозоитам одного фенотипа, ответственным за конкретный экзоэритроцитарный рецидив, иметь разный генотип. При скрещивании образовавшихся из них гамет возможно появление фенотипов, как идентичных, так и не идентичных родительскому. Однако эта гипотеза рассматривает активизацию гипнозоитов как заранее запрограммированный процесс, в отрыве от условий окружающей среды. Мы предлагаем другое объяснение: ответственными за определённый фенотип гипнозоита могут быть связанные с соответствующим геном энхансеры и сайленсеры, от строения и функционирования которых может зависеть и длительность пребывания на стадии гипнозоита и активация последних. В свою очередь, энхансеры контролируются различными клеточными факторами, например гормонами [7], что “привязывает” активизацию гипнозоитов к соответствующим условиям среды обитания как первого (зависящим от особенностей организма хозяина), так и второго порядка, под которыми понимается среда обитания хозяина.

Косвенные доказательства в пользу этой гипотезы состоят в том, что установлена универсальность действия ряда гормонов по отношению к таксономически отдалённым организмам. Так, азастероиды и нестероидные амины микрофилярий оказывают воздействие на метаболические процессы у насекомых. Азастероиды микрофилярий ингибируют образование холестерола из фитостерона, полученного насекомыми с пищей, и воздействуют на синтез и метаболизм экдизонов – стероидных гормонов большинства насекомых, стимулирующих линьку куколок и метаморфоз [27]. Сходное действие этих гормонов обнаруживается при воздействии на нематод Panagrellus redivivus, Caenorhabditis briggsae, Nippostrongylus brasiliensis, Nematospiroides dubius. Они влияют на откладывание яиц и развитие личинок и препятствуют развитию гельминтов. Нестероидные третичные амины ингибируют развитие насекомых и отрицательно влияют на эмбриогенез нематод [26, 29, 30]. Сравнение эффективных концентраций гормонов и лекарственных препаратов оказывается явно в пользу гормонов. Например, эффективная концентрация этих гормонов в 10 раз меньше, чем тиабендазола, что легко объяснимо в рамках представлений о высокой специфичности и эволюционном отборе метаболических факторов, к которым относятся гормоны. Из этого материала можно видеть, что изученные гормоны обладают универсальностью действия по отношению к таксономически отдалённым организмам. Это открывает путь представлениям о возможности влияния гормонов хозяина на регуляцию метаболических процессов паразита (и наоборот) в таком в высшей степени важном звене метаболических процессов, каковым является транскрипция белков ферментов паразита. Этот вывод принципиально важен, так как по-новому освещает глубину интеграции метаболических процессов паразита и хозяина.

Описанная универсальность действия ряда гормонов служит дополнительным свидетельством эволюционно раннего происхождения систем регуляции экспрессии генов, Таким образом, гормоны в соединении с их рецепторами можно рассматривать как транс-факторы системы транскрипции генов.

Поражают удивительные адаптационные возможности паразитических организмов, которые они приобрели и развили в ходе коэволюции с хозяинными видами. Паразиты избирали в качестве своих хозяев, как правило, более высокоорганизованные организмы. Это сопровождалось адаптацией к функциональным системам хозяина, к его уровню молекулярной организации. На этом пути происходили редукция собственных ферментных систем хозяина. Переход от свободноживущего к паразитическому образу жизни сопровождался повышением уровня молекулярной организации, приобретением паразитом новых ферментных цепочек и, как следствие этого, ускорением темпов эволюции за счёт “приобщения” паразита к уровню молекулярной организации хозяев [9]. При этом приспособительные возможности паразита значительно расширялись, и обычно неактивные ферментные системы в случаях стрессовых ситуаций могли вновь включаться в обменный процесс. Например, если в обычных условиях гельминты получают достаточное количество каротиноидов и витамина А из кишечника хозяина, то при недостатке этих веществ в кишечнике хозяина активизируется деятельность диоксигеназ кишечника гельминта. И за счёт созданных ранее запасов каротиноидов гельминты получают необходимое количество витамина А 6 [11].

Эта способность паразитов адаптироваться к самым разнообразным условиям жизни проявляется способностью многих из них в ходе онтогенеза менять своих хозяев или даже свободноживущий образ жизни на паразитический, причём неоднократно. Так, трематоды семейства Paragonimus в ходе цикла развития дважды в интервалах между сменой хозяев (дефинитивного – на промежуточного, промежуточного – на дополнительного) переходят от паразитического к свободноживущему образу жизни, т. е. наблюдаются весьма существенные изменения условий обитания. Они значительны также при смене пойкилотермного хозяина на гомойотермного или наоборот. Наряду с температурными при этом меняются и другие параметры, которые существенно отличаются от прежних, так как новые хозяева эволюционно возникли гораздо позднее и поэтому должны иметь принципиально новые приобретения. Таким образом, переходя от низших хозяев к более высокоорганизованным, паразит в онтогенезе как бы перемещается во времени и в филогенезах, как в собственном, так и своих хозяев, и повторяет путь своих предков, осваивавших в своё время в качестве хозяев эволюционно новые виды. Проникая в организм нового хозяина, паразит сталкивается в большей или меньшей степени с новыми для него условиями жизни, новыми симбиоценозами, микроэлементами, иными системами гормональной, неспецифической и специфической защиты, другой концентрацией молекулярного кислорода и т. д. Все или часть этих факторов для паразита являются стрессовыми. Поскольку различные организмы обладают в разной степени способностью противостоять стрессовым факторам, в период перехода паразита к новому хозяину наблюдается повышенная внутрипопуляционная летальность паразитических особей с естественным отбором наиболее жизнеспособных, что является механизмом эволюции. Способность адаптации паразитов к новым хозяевам заложена в закономерности широких вариабельностей по различным физиологическим параметрам незрелых популяций (в частности, личиночных стадий гельминтов), в то время как в зрелых популяциях гетерогенность особей резко снижается [16]. Чем менее паразит адаптирован к организму хозяина, тем выше летальность в паразитарной популяции и тем более патогенным будет его воздействие на хозяина.

Различные организмы обладают разнообразными и в то же время сходными механизмами ответа на стресс-факторы. Одно из направлений исследовательских работ по вопросу адаптации организмов к новым (стрессовым) факторам – это изучение теплового воздействия (теплового шока). Адаптационные белки, образующиеся при этом в клетках различных организмов (бактерий, простейших, гельминтов, насекомых, млекопитающих, растений), имеют, по данным секвенирования, необычайно высокое сходство последовательностей аминокислот. Вместе с тем белки и их гены обладают существенными различиями. Так, у сравнимых адаптационных белков следующая молекулярная масса (тыс. дальтон): Tripanosoma cruzi – 85, дрожжи – 90, дрозофила – 83. Ген теплового шока дрозофилы представлен одной последовательностью, дрожжей – двумя копиями, трипаносом –многокопийный. Однако ни ген дрожжей, ни ген трипаносом не содержат интронов, тогда как ген теплового шока дрозофилы их имеет, что можно рассматривать как одно из важнейших эволюционных преобразований [32].

Для гельминтов, как и для паразитических простейших, характерны значительные внутривидовые вариации процесса развития, связанные с мутациями, возникающими в генах под воздействием факторов окружающей среды. Например, у эхинококков, являющихся, как и большинство других цестод, гермафродитами, в результате самооплодовторения взрослых особей мутации, которые обычно рецессивны, у ¼ зигот, а затем у лярвоцист проявляются фенотипически, а во время партеногенза (формирование протосколексов) копируются в огромных количествах. Это резко повышает адаптивные возможности паразита и способствует формированию новых разновидностей или штаммов гельминта [38]. Очевидно, этот механизм позволил Echinococcus granulosus адаптироваться к очень широкому кругу хозяев (более 50 видов), По-видимому, аналогичный механизм лежит в основе формирования лекарственной устойчивости многих гельминтов. Установлено, что резистентность отдельных штаммов гельминтов к лекарствам, возникшая в результате в результате систематического их применения, сохраняется в последующих поколениях и после прекращения химиотерапии [34, 1].

Хорошо исследован механизм лекарственной резистентности у простейших. У плазмодиев резистентность к хлорохину детерминируется точковыми мутациями в комплексе с возникновением плазмид [39].

Технологические успехи человечества привели к выбросу в окружающую среду необычайно широкого, постоянно варьирующего набора биологически активных соединений, с которыми живые организмы никогда не сталкивались. Часть этих соединений нейтрализуется организмами с использованием универсальных механизмов защиты (различного рода ферментные системы, разрушающие ксенобиотики). К механизмам защиты относится система амплификации ферментов, позволяющая связать избыточное количество аналога субстрата фермента для нормального функционирования организма. У лейшманий устойчивость к аналогам фолатов связывают с точковыми мутациями и с амплификацией последовательностей ДНК, содержащих бифункциональный ген тимидилат синтетазы и дигидрофолат редуктазы, что позволяет продуцировать фермент в количествах, необходимых для нейтрализации аналогов фолиевой кислоты. При селекции лейшманий по резистентности к метатрексату и препарату СВ-3717 наблюдаются амплификация ДНК, возникновение плазмид, несущих ген бифункционального фермента, и 50-кратное увеличение его количества. При продолжительной селекции плазмиды лейшмании интегрируются с её геномом [40]. Следствием генных мутаций может быть также вариабельность других биологических характеристик паразитов: например, у гельминтов это инвазивность яиц или личинок, длительность препатентного периода, интенсивность продукции яиц, иммуногенные и аллергенные свойства разных штаммов. Таким образом, вследствие мутаций, закреплённых затем естественным или искусственным отбором, в генетической структуре популяции паразитов возникают изменения, позволяющие им адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Особо следует остановиться на явлении смены способов жизни: паразитического на комменсальный или мутуалистический и, наоборот, мутуалистического или комменсального на паразитический. Эти процессы запрограммированы в геноме некоторых паразитов (например, у умеренных фагов, дизентерийной амёбы, ряда гельминтов и др.) или обусловлены генными перестройками вследствие трансдукции генов патогенности (транспозонами, плазмидами, умеренными фагами), их мутаций, эксцизий и т. д. Они провоцируются организмом хозяина или факторами окружающей среды второго порядка. Так, паразитическая форма бактерии через L-форму может превратиться в комменсальную или же в условиях восприимчивого и ослабленного организма, наоборот, регенерировать в высокопатогенный штамм бактерии [20]. Другой пример. Основной формой существования дизентерийной амёбы в кишечнике человека является малая вегетативная форма, ведущая комменсальный образ жизни. При неблагоприятных для хозяина условиях (например, при нарушении температурного режима, авитаминозах, инфекциях, инвазиях и т. д.) малая вегетативная форма может перейти в большую вегетативную форму, ведущую паразитический образ жизни. Важную роль в этом процессе играют микробные и вирусные ассоциации: в стерильных условиях амёбы быстро утрачивают способность заражать животных, и для восстановления их вирулентности необходима реассоциация с бактериями. Получены экспериментальные данные, позволяющие предполагать, что ассоциированные с дизентерийной амёбой патогенные бактерии служат источником трансгенетических элементов, изменяющих её вирулентность [22,32]. Возможно, что продукты жизнедеятельности обнаруженных этими авторами участков нуклеоидов бактерий, ассимилированных амёбой, могут быть активаторами энхансеров, обладающих цис-действием. Относительное постоянство клинических проявлений кишечного амебиаза и его осложнений указывает на то, что патогенность дизентерийной амёбы как видовой признак, появляющийся на стадии паразитирования, закодирована в её геноме, а вирулентность сильно зависит от микробных и вирусных ассоциаций. Экспериментально доказано, что непаразитические свободноживущие организмы могут приобрести вирулентность вследствие инфицирования патогенным вирусом, например заражения вирусом Coxsackie B-5 инфузории Tetrahymena pyriformis. Клинические и патоморфологические проявления заболевания, вызванного этой “химерой”, идентичны обнаруживаемым при заражении одним вирусом [19]. Такие свободноживущие организмы, не обладающие собственной патогенностью, классифицируют как паразитоиды [36].

Организм хозяина взаимодействует с геномом паразита. Особенно ярким примером этого процесса может служить лизогенизация бактерий умеренными фагами. Так, в регуляции выражения генов интеграции (int) или эксцизии (xis) профага  участвуют белки, кодируемые не только самим фагом, но и бактерией Escherichia coli. Лизогенные клетки приобретают ряд новых признаков, определяемых присутствием профага: например, иммунность к повторному заражению гомологичным фагом. Иммунность определяется наличием в лизогенной клетке белка-репрессора, синтезируемого под контролем ДНК профага и препятствующего экспрессии фаговых генов, ответственных за вегетативное размножение фагов. Тип изменчивости бактерий, наблюдающийся только при лизогенизации, в отличие от трансдукции называют лизогенной конверсией.

Ещё более тесная взаимосвязь существует между бактериями и фагом Mu. Если остальные умеренные фаги могут размножаться в бактериальных клетках без предварительной интеграции в их геном или только после эксцизии профага, фаг Mu реплицируется лишь после его интеграции в геном клетки. Сколько бы новых профагов после его интеграции ни образовывалось, исходный профаг сохраняется на прежнем месте. Фаг Mu способствует изменению генома бактерий. Так, у лизогенных клеток частота мутаций возрастает в 50-100 раз по сравнению с клетками, не заражёнными фагом Mu [21]. Установлена роль плазмиды RP4 в переносе профага Mu между бактериями – представителями многих родов (Escherichia, Shigella, Enterobacter, Citrobacter, Salmonella, Proteus, Pseudomonas, Acetobacter и др.) [15]. Экспериментально показана возможность переноса эндогенными ретровирусами (РНК-содержащие вирусы, которые образуются благодаря транскрипции провирусов, наследуемых с геномом половых клеток) клеточных генетических элементов эукариот. Например, вирус саркомы Рауса, выращенный на клетках утки, может переносить их последовательности ДНК в клетки мыши, а вирус лейкемии Фрейнда захватывает в свои вирионы глобиновую мРНК при размножении на клетках мыши, образующих глобин. В геноме животных, в том числе приматов и человека, одновременно могут присутствовать несколько эндогенных вирусов. Обычно у млекопитающих содержится от 5 до 15 копий каждого провируса, а провирус обезьяны толстотела (Colobus), обозначаемый CPC-1, повторен в её геноме 50 - 70 раз. Хесин [21] полагает, что некоторые из провирусов утеряли свои вирусные функции и начали играть роль обычных клеточных генов, участвующих в жизнедеятельности клеток и в процессе эмбриогенеза. Таким образом, РНК-содержащие вирусы (ретровирусы) обладают способностью в виде ДНК-провирусов включаться в разные локусы хромосом, внося дополнительную наследственную информацию или изменяя проявления генов хозяина, т. е. служат эффективным фактором изменчивости генома клеток животных. Кроме того, ретровирусы могут трансдуцировать некоторые гены животных между клетками и даже между организмами разных видов и классов. Установлено также, что экзогенные вирусы могут трансдуцировать эндогенные вирусы, т. е. по существу наблюдается примитивное паразитирование одного вируса (эндогенного) на другом (экзогенном).

Антропогенное воздействие на окружающую среду оказывает сильное влияние на направленность эволюции взаимодействия генов паразитов и их хозяев. Например, широкое использование в медицинской и ветеринарной практике сульфаниламидов, антибиотиков и других лекарственных препаратов способствовало возникновению у бактерий лекарственной резистентности, детерминируемой R-плазмидами. В результате непрогнозируемой медицинской и ветеринарной деятельности уже созданы новые штаммы возбудителей инфекционных и паразитарных болезней. Повысилось относительное число штаммов, обладающих факторами переноса – F-плазмидами, которые способствуют передаче R-плазмид возбудителям не только того же вида, но и других родов и даже семейств. В связи с качественным и количественным пргрессированием явления лекарственной резистентности возбудителей инфекционных и паразитарных болезней массовое применение лекарственных препаратов (антибактериальных, противопаразитарных) должно иметь жёстко детерминированные критерии, учитывающие как положительное, так и отрицательное влияние этих мероприятий. Существенный вклад в распространение плазмид резистентности принадлежит фагам. Взаимодействуя с плазмидами, фаги переносят их в инфицируемые бактерии и изменяют их генотип и фенотип.

Геном хозяина содержит гены, контролирующие функционирование системы паразит-хозяин. В частности, они регламентируют восприимчивость и устойчивость хозяина по отношению к паразитам. Примерами генетически детерминированной устойчивости к инфекции могут служить устойчивости человека к возбудителю тропической малярии (P. falciparum), обусловленные гемоглобином S (HbS), -талассемией, недостаточностью фермента эритроцитов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФД) и другими гемоглобинопатиями. Так, серповидноклеточная анемия, за развитие которой ответствен HbS, вызывается мутацией гена, контролирующего синтез -полипептидной цепи гемоглобина, с заменой глутаминовой кислоты в положении 6 на валин. Это изменяет поверхность гемоглобиновой молекулы таким образом, что она вступает в реакцию с соседними молекулами и образует в результате полимеризации длинные цепи. В восстановленном состоянии эти длинные сильно гидратированные молекулы деформируют эритроциты, которые либо закупоривают сосуды, либо быстро удаляются из кровообращения, что может привести к гемолитической анемии. В гетерозиготном состоянии в среднем меньше 50% гемоглобина относится к типу S, большую часть составляет нормальный гемоглобин А (HbA). У гомозигот 80% и более гемоглобина составляет HbS. Большинство гомозигот погибает в детском возрасте вследствие гемолитической анемии, инфарктов в разных органах и других причин. Если же они выживают, то гомозиготы женского пола с трудом воспроизводят потомство. Гетерозиготные организмы обычно здоровы, однако при снижении в воздухе парциального давления кислорода, которое наблюдается примерно на высоте 4000 м, у них образуются серповидные эритроциты, что может привести к инфаркту селезёнки. Порок сердца с цианозом, острое алкогольное отравление и наркоз могут вызвать осложнения у гетерозигот по HbS. Таким образом, происходит интенсивный отбор, направленный против гена серповидно-клеточной анемии. Однако в местности, где действует ещё один чрезвычайно мощный фактор – возбудитель тропической малярии, от которого ежегодно умирает в мире от 500 тыс. до 2 млн. 300 тыс. человек (в основном детей [37]), отмечается уникальная ситуация, когда летальный ген серповидно-клеточной анемии в гетерозиготном состоянии резко снижает патогенное действие другого высокопатогенного фактора – паразитарного. Это происходит вследствие того, что среди детей младшего возраста, до того как они приобретут иммунитет, несущие ген серповидно-клеточной анемии гетерозиготные дети имеют наиболее низкий уровень паразитемии. В результате среди них наблюдается очень низкий уровень летальности от тропической малярии в сравнении с детьми с нормальными типами гемоглобина. Высокая частота гена серповидно-клеточной анемии хорошо коррелирует с эндемичными по тропической малярии областями. Подтверждением служит низкая частота серповидно-клеточной анемии на территориях, где тропическая малярия ликвидирована, или в популяциях человека, переселённых на территории, где этого заболевания нет (например, у американских негров). Таким образом, тропическая малярия является селективным прессом в эволюции населения тропической зоны.

В областях распространения малярии у 10-12% жителей встречается дефицит Г-6-ФД, обусловленный мутацией гена, расположенного в Х-хромосоме, в связи с чем минимальная активность этого фермента наблюдается у гомозиготных женщин и гемизиготных мужчин. Гетерозиготы также оказываются защищёнными от тяжёлых проявлений малярии, но они чаще лиц с HbA становятся паразитоносителями. Известно более 80 генетических вариантов этой эритроцитарной энзимопатии [10]. Таким образом, паразиты, сами теснейшим образом зависящие от особенностей организма хозяина, могут существенно влиять на формирование генетического профиля популяции хозяина.

Составные элементы симбиоценоза как совокупности живых существ, обитающих в организме хозяина, оказывают мощное воздействие и друг на друга, и на организм хозяина в целом. Генетический полиморфизм воздействующих популяций паразитов других симбионтов, а также популяций хозяев создаёт сложную гамму переходов от едва различимых отрицательных воздействий на организм хозяина до тяжелейших последствий с летальным исходом. Паразитизм, как явление природы, играет важнейшую роль в эволюции видов. Имея намного порядков большую скорость размножения, чем хозяева, паразитические организмы эволюционно лабильны и обладают хотя бы по этой причине намного большей способностью адаптации к окружающей среде. Они наряду с другими факторами способствовали становлению и формированию иммунной системы, системы неспецифической защиты хозяев, совершенствованию их биохимических процессов и структур. Паразиты обогащают генофонд популяций свободноживущих и паразитических организмов, стимулируют его к дальнейшему развитию и совершенствованию, отбирают наиболее жизнеспособные популяции паразитов и их хозяев, способствуют развитию их защитных механизмов и повышают способности паразитических и хозяинных видов и популяций к взаимной адаптации и к изменяющимся условиям окружающей среды. Это особенно важно в современных условиях антропогенного воздействия на ноосферу (в понимании В.И. Вернадского), когда наряду с нарастанием явления лекарственной резистентности возбудителей инфекционных и паразитарных болезней идёт и другой процесс – постепенное усиление иммуносупрессивного состояния человека, животных, растений. Причиной этого являются отрицательные воздействия многообразных факторов антропогенной трансформации окружающей среды: широкой её химизации; радиоактивного загрязнения почвы, вод, воздуха; отходов промышленного производства и транспорта; возросшей миграции населения и вследствие этого ломки сложившихся стереотипов (включая быт, климат, питание, привычное окружение, психологический микроклимат и т. д.) и повышенный риск заражения новыми инфекциями и инвазиями, к которым нет необходимой адаптации; строительство новых гидросооружений, что существенно изменяет среду обитания животных, растений, условия жизни человека, способствует возникновению новых для этих местностей паразитарных, инфекционных заболеваний.

Итак, паразитизм – это формирующийся в процессе коэволюции множества взаимодействующих симбиотических систем способ жизни патогенных организмов за счёт других видов (хозяев), детерминированный геномами как паразита, так и хозяина, в результате чего у последнего формируются и постоянно совершенствуются защитные механизмы и вместе с ними и другие системы организма, а у паразитов – способы уклонения от них; это основанный на принципе асимметрии равновесия и обеспечивающий саморазвитие и самосовершенствование паразитарных систем важнейший внутренний фактор ускорения эволюции жизни на Земле. В основу данного определения паразитизма положены экологический, генетический и эволюционный подходы, что позволяет объединить всю совокупность общебиологических формообразующих факторов паразитизма, понять этот феномен в соединении с другими общебиологическими явлениями и определить его действительное место среди них. Мы полагаем, что это определение ориентирует на системное рассмотрение всей полноты разнообразных связей паразитов и их хозяев, следствием которых и является коэволюция паразитарных систем.

Подводя итог изложенному, следует отметить, что построение эволюционно-генетической теории паразитизма стало возможным благодаря развитию и современным достижениям многих биологических наук, включая эволюционное учение и молекулярную биологию, генетику, паразитологию, вирусологию, микробиологию, микологию, патологию и ряд других. В её основу легли труды выдающихся отечественных (К.И.Скрябин, Е.Н.Павловский, В.А.Догель, Р.С.Шульц, В.Н.Беклемишев, В.Д.Беляков) и зарубежных (Р.Лейкарт, В.Михайлов) учёных, каждый из которых внёс крупный творческий вклад в развитие теоретических основ науки о паразитизме. Здесь необходимо упомянуть также исследования многих других учёных, развивавших учение о паразитизме (В.М. Жданова, Д.К. Львова , В.Ю.Литвина, Л.В.Чесновой, С.С. Шульмана, А.А.Добровольского, В.А.Бритова, К.П. Фёдорова и др.).

Перечислим основные положения эволюционно-генетической теории паразитизма.

Паразитизм – эволюционно необходимая, обязательная для прогрессивного развития животного и растительного мира форма жизни на Земле.

Паразитизм – способ жизни патогенных организмов, и обнаруживается он на всех уровнях жизни, начиная с вирусов.

Паразитизм, тесно сорприкасаясь с другими формами симбиоза – мутуализмом, комменсализмом, не имеет чётко очерченных границ.

Паразитизм формировался в процессе коэволюции множества симбиотических сообществ с устремлением к формированию комплементарных паразитохозяинных систем.

Коадаптация паразитических организмов и их хозяев – важный фактор развития универсальности иммунных и генетических систем живой природы.

Паразитарные системы – саморегулирующиеся экологические системы, в которых отношения между партнёрами находятся в состоянии подвижного равновесия, в основе которого лежит принцип асимметрии равновесия, обеспечивающий саморазвитие и самосовершенствование этих систем.

Паразитические организмы обладают сложной, эволюционно надёжной системой способов уклонения от защитных механизмов организма хозяина, а также от отрицательных воздействий окружающей среды. Усиление воздействия каких-либо отрицательных факторов влечёт за собой дальнейшее совершенствование способов уклонения от них.

Паразиты обогащают генофонд популяций свободноживущих и других симбионтных, в том числе паразитических, организмов.

Вследствие своей патогенности паразиты являются мощным фактором естественного отбора для популяций свободноживущих и других паразитических организмов, а опосредованно, через организмы своих хозяев, и для себя.

Вирулентность возбудителей заразных болезней возрастает при заражении малоадаптированных к инфекции (инвазии) хозяев.

Паразитические организмы способствовали становлению системы неспецифической защиты и иммунной системы у своих хозяев, совершенствованию их, а также биохимических процессов и морфологических структур.

Мир паразитических организмов – внутренний индуктор и мощный ускоритель эволюции жизни на Земле.

Эволюционно-генетическая теория паразитизма может быть использована как инструмент для оценки состояния паразитохозяинных отношений в современных условиях сильнейшего многостороннего и многофакторного антропогенного воздействия на окружающую среду, человека, животных, растения, а также на возбудителей заразных болезней, что сопровождается генетическими и другими качественными изменениями возбудителей заразных болезней. Следует подчеркнуть, что эти процессы, нарастая, охватывают всё большее число видов возбудителей болезней человека, животных и растений и распространяются на новые территории, а кроме того, протекают на фоне прогрессирующей иммунодепрессии хозяев. Это позволяет оценить сложившуюся ситуацию как неблагоприятную в плане возможного возникновения новых опасных эпидемий, зоотий и даже пандемий, что выдвигает на передний план необходимость внедрения и совершенствования системы эпидемиологического надзора.
2014-07-19 18:44
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © sanaalar.ru
    Образовательные документы для студентов.