Sjouwen met een lintworm die een derde van je lichaamsgewicht is, kan een echte belemmering zijn. Dus driedoornige stekelbaarsvissen ontwikkelden resistentie tegen lintwormen, maar resistentie heeft zijn eigen kosten, blijkt uit een team van onderzoekers in Science op 8 sept.

Toen driedoornige stekelbaarzen ongeveer 12.000 jaar geleden het zeewater verlieten om noordelijke zoetwatermeren te koloniseren, kwamen ze zoetwaterlintwormen tegen. De lintwormen drongen hun buik binnen en groeiden, tot enorme afmetingen van een kwart tot een derde van het lichaamsgewicht van de gastheervis. Het zou zijn als een mens van gemiddelde grootte die een lintworm van 50 pond ronddraagt. Sommige populaties stekelbaarzen ontwikkelden snel een verdediging:wanneer ze een lintworm tegenkomen, vormt hun immuunsysteem er littekenweefsel omheen, waardoor de groei stopt. Maar andere populaties stekelbaars tolereren de wormen in plaats daarvan, met slechts een klein beetje of helemaal geen littekens.

Groepen stekelbaarzen die littekens vormen tegen lintwormen en groepen die dat niet doen, kunnen vrij dicht bij elkaar leven, in meren die slechts kilometers van elkaar verwijderd zijn. Tot nu toe heeft niemand begrepen waarom sommige populaties stekelbaarzen zich op de ene manier ontwikkelden en de andere op een andere manier.

"We zien dit in Alaska, in British Columbia. Collega's hebben het in Scandinavië gezien", zegt UConn-bioloog Dan Bolnick.

"Het leuke van co-evolutie tussen lintwormen en vissen is dat het een opmerkelijk dynamisch proces is, en er zijn verschillende uitkomsten van deze evolutionaire strijd op elke plek waar we kijken", zegt Jesse Weber, een bioloog aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. Bolnick, Weber en Natalie Steinel, een bioloog en associate director van het Center for Pathogen Research &Training aan de Universiteit van Massachusetts-Lowell, werkten samen om de kwestie van resistentie tegen stekelbaarsparasieten te beantwoorden. Onderweg lieten ze zien dat resistentie tegen parasieten niet altijd goed is.

Ze bestudeerden stekelbaarsjes van de nabijgelegen meren Roberts en Gosling op Vancouver Island in British Columbia. Beide meren hebben lintwormen en beide hebben stekelbaars. De twee populaties stekelbaarsvissen lijken erg op elkaar. Het grote verschil is dat Roberts vissen agressief littekens veroorzaken om te voorkomen dat lintwormen groeien, en Gosling-vissen niet. Het enige andere duidelijke verschil is dat vrouwtjes van Roberts zich veel minder succesvol voortplanten dan vrouwtjes van Gosling, blijkbaar omdat al het littekenweefsel in hun buik het moeilijker maakt.

De onderzoekers wilden weten welke genen verantwoordelijk waren voor de littekens en of de littekens de reden waren dat Roberts-vrouwtjes zich niet zo goed voortplantten. Maar als ze de genomen van Roberts en Gosling-vissen gewoon rechtstreeks zouden vergelijken, zouden ze in de war kunnen raken door andere genetische verschillen tussen de populaties die niet relevant waren voor littekens. Ze moesten de twee populaties mengen zodat het enige consistente verschil tussen twee vissen de littekeneigenschap was.

Om het genetische dek te herschikken, kruisten de onderzoekers vissen uit Roberts Lake met vissen uit Gosling. Deze Roberts-Gosling-hybriden waren allemaal vergelijkbaar, met elk de helft van hun genen van elke populatie. Vervolgens werden deze hybriden aan elkaar gekoppeld om een ​​tweede generatie te creëren. De tweede generatie had veel verschillende combinaties van genen met individuele vissen met verschillende eigenschappen die verschillen van elkaar, hun hybride ouders en van de Roberts en Gosling grootoudergeneratie.

Het was deze tweede, genetisch geschudde generatie die de onderzoekers vervolgens blootstelden aan lintwormen.

Nadat ze een bepaald aantal dagen waren blootgesteld, keek het team naar de relatieve hoeveelheden littekens en lintwormen in elke vis. Ze analyseerden het genoom van vissen met een zware wormbelasting en vergeleken dat met het DNA van vissen met zware littekens. Ze beperkten de verschillen tot een handvol genen en keken vervolgens zorgvuldig welke van de genen erg actief was. En ze ontdekten dat een van de meest actieve genen een gen was dat ook nauw geassocieerd is met littekens bij muizen.

Het zal je misschien verbazen dat muizen op dezelfde manier littekens maken als vissen. Maar littekens worden gecontroleerd door het immuunsysteem, dat vergelijkbaar is bij alle gewervelde dieren, van vissen tot muizen voor ons.

De onderzoekers keken vervolgens naar dat gen in de twee oorspronkelijke populaties. In het genoom van de stekelbaars van het Gosling-meer - de vissen die de lintwormen verdragen zonder littekens te krijgen - ontdekten de onderzoekers dat het gen recentelijk was geëvolueerd. Er leek een constante evolutionaire druk te zijn om lintwormen te tolereren in plaats van ze te beschadigen.

"Dit is een van de weinige artikelen die zowel in het wild als in het laboratorium zijn gedaan om de hoge fitnesskosten voor resistentie tegen parasieten aan te tonen", zegt Bolnick. Maar het is logisch. Vrouwelijke stekelbaarzen met veel littekens hebben 80% minder kans om succesvol te broeden. Lintwormen lijken de voortplanting niet te beïnvloeden, hoewel ze de vissen vertragen en de kans vergroten dat ze door een vogel worden opgegeten.

"Als we rondspringen en naar deze systemen kijken, kunnen we ontzettend veel leren, niet alleen over het evolutieproces, maar ook over nieuwe mechanismen met toegepaste waarde voor mens en vee. Mechanismen zoals hoe je immuunsysteem een ​​parasiet herkent, hoe je een parasiet weerstaan ​​en hoe je een ongewenste immuunrespons uitschakelt", zegt Weber.

"Dit werk is belangrijk omdat het de immunologische variabiliteit (en dus het vermogen om infecties te weerstaan) benadrukt die bestaat binnen en tussen populaties, hoe het tot stand komt en hoe het de gezondheidsresultaten kan beïnvloeden", zegt Natalie Steinel van UMass Lowell. "In dit artikel behandelen we vragen over de co-evolutie van immuun/pathogeen met behulp van vissen, maar deze principes zijn breed toepasbaar op andere dierlijke systemen, inclusief menselijke infecties. Om infectieziekten met succes te beheersen, moeten we de balans van kosten en baten begrijpen die resultaat van een immuunrespons." + Verder verkennen

Onderzoek geeft details over hoe sommige vissen omgaan met parasieten, met gevolgen voor de menselijke gezondheid