Svět se dočkal: Po deseti letech práce mezinárodního konsorcia vědci dokončili čtení genomu mouchy tse-tse. Současně s dubnovou publikací v Science vyšlo ještě dalších osm navazujících článků, vzniklých již na základě nově získaných genomických dat. Snahy o omezení přenosu spavé nemoci tak mohou konečně nabrat větší rychlost.

Spavá nemoc ohrožuje v subsaharské Africe odhadem 70 milionů lidí. Ročně na ni umírá na deset tisíc obětí. Kvůli nemoci nagana je zase v některých oblastech takřka nemožný chov dobytka. Původci obou chorob jsou jednobuněční bičíkovci z rodu Trypanosoma (proto označení africké trypanosomiázy), jejich jedinými přenašeči jsou mouchy tse-tse.

Mouchy tse-tse z rodu Glossina se někdy česky označují jako glosiny, bodavky nebo bodalky, slovo tse-tse přitom pochází z jazyka Tswana v jižní Africe a znamená „moucha“. Tento hmyz velmi významně ovlivnil osídlení Afriky – glosinový pás je historicky velmi řídce obydlen lidmi i dobytkem. Proto se o tse-tse mluví jako o nejlepším ochránci přírody v této oblasti.

Pokud se vypravíte do subsaharské Afriky, poznáte je velmi snadno podle typického políčka na křídlech připomínající sekáček na maso, ale především asi podle velmi agresivního pronásledování hostitele a bolestivého bodnutí sosákem přizpůsobeným hlavně kůži kopytníků. Krev savců je ostatně jedinou potravou těchto parazitů – a to jak samců, tak i samic.

Tse-tse a jejich příbuzní

Rod Glossina různí autoři dělí na různý počet druhů a podruhů ve třech hlavních ekologických podskupinách na říční, lesní a savanové glosiny (podle nejznámějších druhů nazývány také „palpalis“, „fusca“ a „morsitans“). Systematicky se tyto mouchy řadí do nadčeledi Hippoboscoidea, jejíž zástupci se až neuvěřitelně přizpůsobili parazitickému stylu života. Kromě podskupiny Glossinidae do ní patří ještě dvě mnohem méně studované a medicínsky významné skupiny: vysoce specializovaní paraziti netopýrů (čeledi Nycteribiidae a Streblidae, česky muchulovití) a paraziti savců a ptáků (Hippoboscidae, česky klošovití).

Zástupci druhé a třetí skupiny se přizpůsobili parazitickému stylu života mnohem více než tse-tse, například výrazným zploštěním těla nebo redukcí až ztrátou očí a křídel. Z těchto blízkých příbuzných much tse-tse se v našich podmínkách asi nejčastěji můžeme setkat s klošem jelením (Lipoptena cervi), který při nalezení hostitele odhazuje křídla. Přestože někteří zástupci čeledi Hippoboscidae přenášejí patogenní mikroorganismy, žádný z nich v našich podmínkách neinfikuje člověka.

Sázka na kvalitu

Asi nejzajímavějším společným znakem celé skupiny Hippoboscoidea je to, že samice nekladou vajíčka, ale vyživují jednu larvu v děloze pomocí proteinových sekretů, tzv. mléčných žláz.  Třetí larvální stádium kladou na vhodný substrát, v případě glosin se larva velmi rychle zahrabe a zakuklí do tmavé pevné kukly. Vzhledem k tomuto pro hmyz neobvyklému způsobu rozmnožování je celá skupina někdy nazývána kuklorodky (Pupipara).

Glossina palpalis a G. morsitans v lexikonu z roku 1920.

Glossina palpalis a G. morsitans v lexikonu z roku 1920. Zdroj: Public Domain

Samice much tse-tse během svého života vyklade okolo deseti larev a výrazně tak investuje do kvality a konkurenceschopnosti svého potomstva. Hippoboscoidea tak reprezentuje asi jediné zástupce této životní strategie (typ K) z obligátně krevsajícícího hmyzu, kde většina zástupců sází spíše na kvantitu.

Hmyz, který se živí pouze krví obratlovců, musí spoléhat na symbiotické mikroorganismy (mikrobiom), které mu poskytují látky chybějící v potravě. Mouchy tse-tse nejsou výjimkou. Jejich mikrobiom je naštěstí velmi dobře znám, protože tato moucha slouží už desítky let jako modelový organismus pro výzkum hmyzích symbióz.

Ve specializovaném úseku středního střeva zvaném bakteriom sídlí vnitrobuněčné bakterie Wigglesworthia glossinidia, které se přenášejí do larvy v děloze matky pomocí proteinových sekretů mléčných žláz. Tyto bakterie jsou naprosto nezbytné pro správný vývoj hostitele. Jejich funkcí je indukce imunitního systému hostitele a poskytování B-vitaminů a kofaktorů, na které je krev obratlovců obecně velmi chudá. Pokud tyto bakterie odstraníme, například pomocí antibiotik, glosina neprodukuje potomstvo a umírá.

Hmyz, který se živí pouze krví obratlovců, musí spoléhat na symbiotické mikroorganismy, které mu poskytují látky chybějící v potravě. Mouchy tse-tse nejsou výjimkou.

Další bakterií, která je velmi běžná v populacích tse-tse, ale oproti předchozí není nezbytná pro přežití hostitele (fakultativní symbiont), je Sodalis glossinidius. Tato bakterie se může vyskytovat uvnitř i vně buněk téměř všech tkání a využívá pro svůj přenos do další generace také mléčné žlázy, její přesná funkce v hostiteli však stále není známa.

Posledním druhem bakterie, který je téměř vždy v tse-tse přítomný, je reprodukční manipulátor Wolbachia pipientis. Tato parazitická bakterie osídluje samičí pohlavní buňky a jejím hlavním cílem je zvýšit poměr samic v populaci, protože pouze přes samice se může přenášet. K naplnění tohoto cíle využívá několik „zákeřných“ strategií – feminizaci samců, zabíjení samců/synů, indukci partenogeneze (vývin nového jedince z neoplozeného vajíčka) a v mouchách tse-tse asi především cytoplasmatickou inkompatibilitu, kdy se samci infikovaní wolbachií nemohou množit s neinfikovanými samicemi, nebo dokonce se samicemi infikovanými jinou genetickou linií wolbachie.

Logickým následkem přítomnosti symbiontů jsou jejich vztahy s trypanosomami. Zatímco o interakcích trypanosomy s mouchou tse-tse už byly popsány stohy papíru, o tom, jak paraziti interagují s bakteriálními symbionty, se neví téměř nic.

Trypanosoma brucei. Snímek z rastrovacího elektronového mikroskopu. Zdroj. CC-BY SA 3.0

Trypanosoma brucei. Snímek z rastrovacího elektronového mikroskopu. Autor: Zephyris, licence CC-BY SA 3.0

 Co nám řekl genom

Koncem dubna tohoto roku byl po deseti letech od založení konsorcia mnoha vědců z celého světa opublikován genom mouchy tse-tse v časopise Science. Osekvenovaný druh savanové glosiny (Glossina morsitans morsitans) má velikost genomu přibližně 366 milionů párů bazí (Mb) a bylo v něm předpovězeno 12 308 genů kódujících proteiny. Pro srovnání, lidský genom je téměř devětkrát větší a obsahuje necelý dvojnásobek počtu genů.

Čím je tedy zajímavý genom mouchy tse-tse? Pořadí genů je při porovnání s ostatními zástupci dvoukřídlých (např. genomem octomilky Drosophila melanogaster) relativně dobře zachováno, ale oproti octomilce má moucha tse-tse přibližně dvakrát větší nekódující úseky a 14 procent genomu tvoří mobilní DNA elementy, které se přesouvají a kopírují po genomu.

Genomická data zatím pomohla paradoxně mnohem více k výzkumu evoluce symbiózy glosin s bakteriemi než k potenciálnímu nalezení Achillovy paty v interakcích s trypanosomami.

Většina unikátních vlastností genomu vznikla buď jako následek intimní symbiózy s bakteriemi, nebo jako následek unikátní reprodukční biologie – živorodosti. Genomická data tak zatím pomohla paradoxně mnohem více k výzkumu evoluce symbiózy glosin s bakteriemi než k potenciálnímu nalezení Achillovy paty v interakcích s trypanosomami.

Asi nejpřekvapivějším výsledkem analýzy genomu tse-tse je přítomnost ohromného množství bakteriálních sekvencí původem z wolbachií. Získání genetické informace od jiného organismu (horizontální přenos genů) je v přírodě vcelku běžné, ale u hmyzu se jedná spíše o vzácnější jev. V případě glosin byly do genomu vloženy dva velké úseky genomu wolbachie o velikosti téměř celého bakteriálního genomu.

Tyto sekvence a mnohé další jsou nyní zakomponovány převážně v pohlavních (X a Y) a „nadbytečných“ (B) chromozomech tse-tse. Jakou přesně mají tyto sekvence v genomu funkci, se zatím neví, ale většina z nich bude s velkou pravděpodobností nefunkční.

Málo cukrů, strava chudá

Při porovnání s ostatními zástupci krevsajícího hmyzu se také ukázalo, že glosiny mají velmi výraznou redukci v počtu genů pro metabolismus sacharidů. Tento rozdíl je pravděpodobně způsoben tím, že na rozdíl od komárů a dalších krevsajících dvoukřídlých se samec i samice tse-tse živí výhradně krví a v žádné části svého vývojového cyklu cukry rostlin.

Pro distribuci energie používají glosiny aminokyseliny prolin a alanin (tzv. proline-alanine shuttle) a pro uskladnění používají tuky (triglyceridy a diglyceridy). Tuky společně s mléčnými proteiny hrají také výraznou roli při vyživování larvy v děloze a geny pro mléčné proteiny byly během evoluce mnohokrát zduplikovány. Celkové složení „mléčných“ sekretů vykazuje také nápadnou funkční podobnost s mlékem placentálních savců.

Moucha tse-tse Zdroj:   Tam Nguyen,  American Museum of Natural History, New York.

Moucha tse-tse Zdroj: Tam Nguyen, American Museum of Natural History, New York.

Imunitní systém tse-tse je velmi úzce přizpůsoben intimní symbióze s bakteriemi a stravě chudé na bakteriální patogeny. Spektrum proteinů rozpoznávajících bakterie bylo oproti ostatním dvoukřídlým zásadně omezeno, jedna z těchto bílkovin dokonce recykluje buněčnou stěnu symbiontů v bakteriomu a mléčných žlázách a tím brání jejich odhalení a likvidací vlastními antimikrobiálními peptidy.

Pravděpodobně jako následek stravy omezené na krev obratlovců a úzkého hostitelského spektra glosina ztratila geny kódující receptory pro sladkou chuť a mnohé další geny pro vnímání pachů. Znalosti o tom, jak mouchy tse-tse reagují a rozpoznávají chemické signály, by mohly být použity při boji proti přenosu trypanosom.

Boj proti tse-tse graduje

V současné době se pro likvidaci glosin v přirozeném prostředí a následné omezení přenosu trypanosom používá velké množství metod.

Glosiny se lákají pomocí chemických (např. samičí feromony a aceton) a optických (kombinace černé a modré barvy) atraktantů a pak se okamžitě likvidují pomocí lepových pásů, elektrických výbojů nebo insekticidů. Protože mouchy tse-tse přitahuje tmavá barva, jedna z teorií praví, že pruhované černo-bílé zbarvení zeber vzniklo jako adaptace chránící zebry před nálety těchto krvežíznivých trapičů.

Další možnost představuje likvidace vegetace nebo její postřik insekticidy, protože tse-tse často využívá kmeny stromů k odpočinku.

V biologickém boji se používá umělý odchov tse-tse v laboratořích, oddělení samců, jejich sterilizace pomocí gama záření a následné vypuštění do volné přírody. Vzhledem k tomu, že se samice tse-tse páří většinou jen jednou za život, spojení se sterilním samcem výrazně zamezuje vzniku potomstva.

Jako o k přírodě šetrné metodě likvidace se v současné době uvažuje o využití symbiotických bakterií rodu Wolbachia nebo Sodalis. Vzhledem k tomu, že jsou nyní dostupné genomy všech mikroorganismů běžně přítomných v mouchách tse-tse (Wigglesworthia, Sodalis, Wolbachia a Trypanosoma spp.), tak i samotné glosiny, vývoj metod na omezení přenosu spavé nemoci může konečně nabrat větší rychlost.

V etiopském údolí Ghibe se díky zásahům ILRI (International Livestock Research Institute)  proti tse-tse dnes může chovat dobytek i v oblastech, kde by to dříve bylo nemyslitelné. Zdroj: CC SA BY 2.0

V etiopském údolí Ghibe se díky zásahům ILRI (International Livestock Research Institute) proti tse-tse dnes může chovat dobytek i v oblastech, kde by to dříve bylo nemyslitelné. Zdroj: CC SA BY 2.0

 

POZNÁMKA: Pro výzkum interakcí mezi mikroorganismy přenášenými zástupci skupiny Hippoboscoidea uvítáme jakékoliv vzorky tohoto hmyzu. Pokud často při studiu savců, ptáků nebo netopýrů narážíte na tyto parazity (mouchy tse-tse, kloši, ptakotrudky, muchule), ozvěte se, prosím, na e-mail filip@paru.cas.cz.

k dalšímu čtení

[1] International Glossina Genome Initiative (2014): Genome Sequence of the Tsetse Fly (Glossina morsitans): Vector of African Trypanosomiasis. Science 344 (6182), 380-386. http://www.sciencemag.org/content/344/6182/380

[2] Tsetse Genome Biology Collection (2014). Kolekce osmi článků navazujících na publikaci genomu. Volně dostupné na: http://www.ploscollections.org/article/browse/issue/info:doi/10.1371/issue.pcol.v08.i08

[3] Jennifer Frazer (2014): Sequencing Tsetse Fly Genome Reveals Surprises That May Save Lives. Velmi pěkný popularizační článek na serveru National Geographic. Volně dostupné na: http://news.nationalgeographic.com/news/2014/04/140424-tsetse-fly-genome-sequenced-sleeping-sickness-science/

[4] Geoffrey Attardo (2014): Aspects of Tsetse fly biology. Základní aspekty biologie tse-tse, včetně porodu larvy. Volně dostupné video na YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=J-fsEJ5BYk8&list=UUIB7HXk7qB5mHeloVO-TKrg

Titulní foto: Snímek mouchy tse-tse při sání krve. Pro zahuštění tráveniny se téměř okamžitě vylučuje velké množství vody, viz kapka na zadečku. Autor: David Modrý.

 

 

 

Print Friendly

Tagy

O autorovi

Filip Husník

Filip Husník

RNDr. Filip Husník (*1987) vystudoval parazitologii na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Jako doktorand na PřF JU a v Parazitologickém ústavu AV ČR se zabývá evolucí symbiotických a parazitických organismů. V současné době působí jako stipendista Fulbrightova programu v USA.