Robale i gwiazda śmierci

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/CrawlingCelegans.gif

Caenorhabditis elegans, prawdopodobnie najsłynniejszy robak świata nauki; Bob Goldstein; CC BY-SA 3.0

Chore zwierzątka niejednokrotnie już pojawiały się w artykułach Patologów, nic dziwnego zresztą, w końcu patologia weterynaryjna jest równie interesująca, jak ta czysto ludzka, miewają też wszak niemało punktów wspólnych. Ale też dotąd poruszane zagadnienia ograniczały się głównie do patologii kręgowców, tymczasem przecież nie tylko one chorują.

Najbardziej chyba zasłużonym dla świata nauki robakiem jest nicień Caenorhabditis elegans, milimetrowy mniej więcej maluch mieszkający w glebie. Albo w laboratorium. To ostatnie to dlatego, że C. elegans już od lat sześćdziesiątych jest nader cenionym przez biologów modelem badawczym. Jest mały, jego cykl życiowy jest krótki, a i wymagania ma niespecjalnie wysokie – po prostu ideał 🙂 W poświęconej naszemu robalowi monografii autorzy z pewnym chyba rozbawieniem podsumowują wybór właśnie C. elegans przez Brennera (zawdzięczającego zresztą przynajmniej po części temu właśnie wyborowi swoją późniejszą Nagrodę Nobla):

Adult nematode (Caenorhabditis)

Dorosłe C. elegans; The Sanger Institute, Wellcome Images; CC-BY-NC-ND 4.0

Nietrudno sobie wyobrazić, że możliwość wyhodowania tysięcy zwierząt na pojedynczej szalce Petriego pokrytej bakteryjnym trawnikiem służących za pokarm Escherichia coli musiała mieć pewien urok dla przyzwyczajonego do bakteriofagów genetyka takiego jak Brenner. W istocie –  osiągające liczebność rzędu 300-350 egzemplarzy potomstwo jednego tylko robaka przekracza nawet wysyp “potomstwa” następujący, gdy bakteriofag T-4 rozsadza komórkę swojego bakteryjnego gospodarza.

Choć zatem robaki mogą kojarzyć się wam niekoniecznie pozytywnie, zwłaszcza po poprzedniej notce ich dotyczącej, w tym przypadku nie powinny. Caenorhabditis elegans nie jest pasożytem, nie szkodzi człowiekowi ani innym zwierzątkom (choć istnieją doniesienia, według których zdarza mu się wykorzystywać w celach transportowych pewne gatunki ślimaków), bez wyrzutów sumienia możecie zatem współczuć biednym, chorym robakom tak zasłużonym dla nauki. Siedzi sobie taki maluch spokojnie, nie wadzi nikomu (może poza bakteriami, którymi się żywi). Aż tu nagle, niespodziewanie…

MaleIntroMOVIE 1 Mating movie

Dorosłe C. elegans w trakcie kopulacji – na górze samczyk, na dole postać dominująca w populacji – hermafrodyta; http://www.wormatlas.org/male/introduction/mainframe.htm

No dobrze, nie będę przesadzać z tym dramatyzmem 🙂 Tak naprawdę, C. elegans nie choruje wcale rzadko. Badania nad mikrobami go atakującymi również nie są niczym szczególnie niezwykłym. Biedny robal bywa celem ataków mikrobiologicznych tak zewnętrznych, jak i wewnętrznych (nabłonek jelitowy jest ważnym elementem systemów odpornościowych robaka), a biolodzy nie tylko z zapartym tchem śledzą te infekcje, ale też i nader chętnie część z nich wywołują – w końcu to modelowy organizm badawczy, ot, taka karma. Musi się bronić tak przed bakteriami (i specyficznymi dla nicieni, jak na przykład Microbacterium nematophilum, i tak powszechnymi, jak poczciwy gronkowiec złocisty), jak i wirusami czy grzybami. Ale też – po latach badań – tylko niektóre z ataków potrafią naprawdę zaskoczyć obserwatorów.

Taki właśnie szczególnie spektakularny przykład bakteryjnej infekcji zagrażającej naszym robakom opisali w czasopiśmie Current Biology badacze, którzy studiowali próbki C. elegans żyjących w gnijących pniach bananowców Zielonego Przylądka. Tak jak zazwyczaj robaki żerowały na bakteriach, robaki badane przez naukowców z Oxfordu w sprzyjających warunkach unieruchomione przez bakterie stawały się ich pokarmem, co samo w sobie nie byłoby może niczym niezwykłym. Niezwykłe okazały się jednak mechanizmy do śmierci robaków prowadzące.

aaa

Bakterie pokrywające gęstym kożuszkiem ciało robaka; z prawej – z bliska; CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3898767/

Bakterie z rodzaju Leucobacter (roboczo przez ekipę badawczą opisane jako Verde 1Verde 2 sobie jako mniej ekscentryczne darujmy) okazały się wykazywać skłonności do intensywnego “obłażenia” naszych robali i tworzenia na powierzchni ich ciała gęstego bakteryjnego kożuszka. I – póki zachowywano standardowe warunki hodowli – niewiele więcej się w sumie z C. elegans działo. Owszem,trochę jakby wolniej się ruszały, nieco mniej żwawo się mnożyły, ale generalnie żadna straszna krzywda im się nie działa. Rzecz prezentowała się natomiast dramatycznie odmiennie, gdy robaki spróbowano pohodować w środowisku płynnym, ot, jak w warunkach naturalnych, gdy gnijące owoce, pośród których robak spokojnie sobie pełza, zaleje deszcz.

aaa

…robaki zaczęły sklejać się ogonkami (strzałka pokazuje tworzący się z ogonków węzeł); CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3898767/

Zaledwie parę chwil (ściślej rzecz biorąc – w przeciągu około 2 minut) od momentu dolania spokojnie sobie pływającym robakom zawiesiny bakterii, zwierzaki zaczęły sklejać się ogonkami, formując dziwaczne, wijące się gwiazdy, z których to z każdym kolejnym “dolepiającym się” robakiem coraz trudniej było się nicieniom wyrwać. Zlepione ogonki zapętlały się coraz bardziej, tworząc skłębione supły. Gwiezdne pułapki narastały, dokooptowując coraz liczniejsze robalowe “macki”, docelowo rekrutując całe tuziny, a nawet setki zwierząt.

aaa

Tworzące się ze sklejonych ogonkami robaków gwiazdy; CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3898767/

A potem robaki zaczęły umierać. Nie wszystkie, oczywiście. Część uciekła bez większej szkody jeszcze zanim zdążyły się do sąsiadów przykleić. Niektóre zdołały się wyrwać z gwiezdnej pułapki – jeśli ucieczka była wystarczająco szybka (pierwsza godzina okazała się okresem kluczowym), również przeżywały, jeśli jednak zwlekały zbyt długo, udawało im się jedynie odpełznąć od masy wijących się kuzynów, by umrzeć w samotności. Większość nie dała rady – ponad 80% padało ofiarą bakterii. I nawet łaskawy eksperymentator niewiele tu już mógł pomóc – przeniesienie takiej gwiazdy śmierci z wilgoci w bezpieczniejsze pierwotnie dla C. elegans warunki, na suchy, wolny od bakterii agar, nie ratowało nicieni – szkoda okazała się nieodwracalna.

aaa

Gwiazda śmierci podlana barwnikiem wnikającym do wnętrza ciała robaków; CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3898767/

Nie unieruchomienie, oczywiście, było główną przyczyną śmierci nieszczęsnych robaków. Bakterie nie tylko sklejały ze sobą zwierzaki, ale też uszkadzały pokrywający powierzchnię ich ciał oskórek w sklejonych rejonach robaczych ogonków. Widoczna obok fotografia nie ma wbrew pozorom dokumentować istnienia wielkiego Cthulhu. Otóż w sklejonym centralnym obszarze gwiazdy śmierci integralność powłok złapanych w pułapkę nicieni zostaje naruszona, tak że zaaplikowany w tym obszarze barwnik bez trudności wnika w głąb ich ciał. Szarpanina próbujących się wyrwać z przymusowej bliskości zwierząt przyczynia się tylko do dalszych uszkodzeń, nie tylko szerzej naruszając bariery pomiędzy wnętrzem organizmu i środowiskiem, ale też przyczyniając się do inwazji bakterii w głąb ciała robaka. Gdy ostatecznie ofiary giną, stają się wygodną pożywką dla bakterii.

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is worm-3-e27939-g2.jpg

Wybarwione na zielono bakterie skupiają się w samym centrum zlepionych ogonków; CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4165538/

Nie wiadomo dlaczego akurat ogonki nicieni stają się punktem przyczepu Leucobacter, ale rzeczywiście – choć mikroorganizmy chętnie pokrywają całe ciało C. elegans, wykazują ewidentne preferencje do tylnych jego części. Gdy agresorów jest mniej, potrafią ograniczyć się wyłącznie do tych obszarów. Stąd potencjalnie istotne dla badaczy studiujących zwyczaje robaka pytanie – czym właściwie różni się koniuszek robaczego ogonka od reszty powierzchni ciała zwierzęcia. Tu też kryje się skromna, ale nadal w obliczu skali ryzyka istotna szansa ucieczki dla robaków. W gwiezdnych pułapkach ginie, pamiętajmy, ponad 80% zwierząt, część jednak wyrywa się śmierci. Pośród tej części pewien odsetek to te C. elegans, które odpowiednio prędko wyrwały się wraz ze swoimi ogonkami z tworzącego się w centrum gwiazdy supła. Ale nie wszystkie.

aaa

Po lewej na dole półrobak, w centrum uciekinier, który okpił się utratą zaledwie koniuszka ogona, po prawej – resztki umierającej gwiazdy śmierci; CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3898767/

W poświęconej gwiazdom śmierci publikacji pojawia się w pewnym momencie hasło “półrobaki”. Cóż to za dziwo? Otóż jakieś 5% złapanych robaków radzi sobie z pułapką w sposób dość radykalny. Że jaszczurki potrafią pozbyć się w obliczu niebezpieczeństwa ogona, na pewno wiedzieliście. Że rozgwiazdy czy wężowidła potrafią odrzucić ramiona, też mogliście gdzieś słyszeć. Odnóża potrafi w razie potrzeby odrzucić też chociażby wiele stawonogów. Zjawisko takie nazywamy autotomią. O tym, że może występować również u nicieni dotąd nie wiedziano, tymczasem C. elegans (zwłaszcza późne postacie larwalne) potrafią, czmychając z bakteryjnej zasadzki, amputować sobie nawet ponad połowę długości ciała. I przeżyć – nie tylko wydobrzeć, ale też nawet skutecznie się później rozmnożyć. Ot, ciekawostka – dzielne maluchy, które zapewne jeszcze nie raz i nie dwa zdołają nas zaskoczyć.

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is worm-3-e27939-g1.jpg

Gwiazda śmierci utworzona przez 31 zielono podbarwionych robaków z gatunku C. elegans i jednego ichniego kuzyna, Pristionchus pacificus, z wybarwioną na szaro główką – nasz Leucobacter potrafi niekiedy z różną skutecznością atakować też inne niż nasz bohater nicienie; CC BY 3.0; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4165538/

(Przypominam tylko, że patologów możecie śledzić też na fejsbuku – warto tam zaglądać)

Literatura:

Two Leucobacter Strains Exert Complementary Virulence on Caenorhabditis Including Death by Worm-Star Formation. J Hodgkin, M-A Félix, LC Clark, D Stroud, MJ Gravato-Nobre; Current Biology 2013;23(21):2157-61

Worm-stars and half-worms. Novel dangers and novel defense. J Hodgkin, LC Clark, MJ Gravato-Nobre; Worm 2014;3:e27939

C. elegans outside the Petri dish. L Frézal, MA Félix; eLife 2015;4:e05849

Advertisements

One thought on “Robale i gwiazda śmierci

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s