Wetenschap
Heatmaps laten zien dat trematoden samenkomen in bepaalde delen van de lichamen van amfibieën, vaak met ernstige fysieke gevolgen
Trematoden, ook wel staartvinnen genoemd, zijn een klasse parasitaire platwormen met ingewikkelde levenscycli. Dit maakt ze interessant voor wetenschappers, maar ze zijn ook belangrijk voor zowel de menselijke gezondheid als het natuurbehoud.
Trematoden kunnen bij mensen een infectie veroorzaken wanneer mensen voedsel eten dat door de platwormen is besmet, inclusief rauwe vis, schaaldieren en groenten. Hoewel dit in de Verenigde Staten geen groot probleem is, schat de Wereldgezondheidsorganisatie dat door voedsel overgedragen trematodeninfectie jaarlijks wereldwijd meer dan 2 miljoen levensjaren veroorzaakt door invaliditeit en overlijden, waarbij verschillende soorten kanker, levercirrose en hersenbloedingen veroorzaken. in extreme gevallen.
Sommige trematoden teisteren ook amfibieën, wat bijdraagt aan de jaarlijkse gemiddelde daling van 3,79% van hun totale bevolking. Trematoden zoals Ribeiroia ondatrae kunnen een rol spelen in deze achteruitgang en ernstige misvormingen veroorzaken bij 80% tot 90% van de kikkers in sommige regio's van Noord-Amerika, aldus Dana Calhoun, senior onderzoeksmedewerker van de University of Colorado Boulder bij de afdeling Ecologie en Milieubiologie.
Haar recente onderzoek laat zien dat verschillende soorten trematoden verschillende verspreidingsgebieden hebben in de lichamen van bepaalde amfibieën, en dat parasieten naar verschillende plaatsen in de lichamen van de bestudeerde dieren gingen. Deze bevindingen kunnen wetenschappers helpen de mechanismen van infectie beter te begrijpen.
Om trematoden vollediger te begrijpen, gebruikten Calhoun, samen met Pieter Johnson, een CU Boulder hoogleraar onderscheid bij de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie, en onderzoekers Jamie Curtis en Clara Hassan heatmaps om de verspreiding van verschillende trematodensoorten in Pacifische boomkikkers en -kikkers te karakteriseren. twee soorten salamanders. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het Journal of Helminthology .
De complexe levenscyclus van digenetische trematoden
Sommige parasieten infecteren slechts gastheren van één enkele soort, terwijl andere duizenden kunnen infecteren. Een van de kenmerken die digenetische trematoden (die behoren tot de subklasse Digenea) zo speciaal maakt, zegt Calhoun, is dat hun standaardlevenscyclus drie gastheren vereist om te voltooien.
"De hoofdgastheer wordt de definitieve gastheer genoemd", legt Calhoun uit. "Dat kan een zoogdier zijn, een grotere kikker, een vis of een vogel. In een watersysteem zou die gastheer in het water poepen." De eieren in het fecale materiaal komen uit en de trematoden proberen hun weg te vinden naar hun eerste tussengastheren. "In het zoetwatersysteem is het meestal een slak", zegt Calhoun.
Als de trematoden zich eenmaal in de slakken bevinden, zullen de gastheren overleven, maar ze worden gecastreerd en kunnen zich niet voortplanten. Volgens Calhoun komt dit doordat "de parasiet het geslachtskliergebied overneemt en alle hulpbronnen van de slak gebruikt om zich ongeslachtelijk voort te planten. Hierdoor kan de parasiet dagelijks een paar duizend vrijlevende cercariae uit de slak vrijlaten."
Cercariae is de larvale vorm van trematoden, en gezien het feit dat ze zo groot zijn als sperma, zegt Calhoun, "moeten er veel van zijn als ze binnen 24 uur op de plek willen komen waar ze heen moeten", vooral omdat ze zo groot zijn. in die fase vaak belaagd.
Daarna zullen de parasieten proberen de tweede tussengastheer binnen te dringen, die in dit geval over het algemeen een amfibie is, maar ook een vis, een ongewerveld dier of iets anders kan zijn dat waarschijnlijk door de uiteindelijke of definitieve gastheer zal worden opgegeten, zegt Calhoun. .
Deze fase is vooral interessant voor parasitologen omdat parasieten soms hun gastheer veranderen om de overdracht naar de definitieve gastheer waarschijnlijker te maken. Zo kan de soort Ribeiroia ondatrae ervoor zorgen dat kikkers extra poten krijgen, zoals blijkt uit het onderzoek van Calhoun.
De trematoden worden doorgegeven van de secundaire tussengastheer naar de definitieve gastheer wanneer de definitieve gastheer de secundaire gastheer eet. Volgens Calhoun worden amfibieën met misvormingen van de ledematen veroorzaakt door trematoden van het geslacht Ribeiroia verondersteld vaker te worden gevangen en opgegeten door eindgastheren. Parasieten bevinden zich op dit moment in een enigszins lastige positie, aangezien ze niet de dood van hun gastheren willen veroorzaken, maar wel opgegeten willen worden om hun laatste fase van hun levenscyclus te voltooien.
Trematoden kunnen soms ook een vierde gastheer hebben, de paratenische gastheer. Deze gastheren zorgen ervoor dat parasieten kunnen overleven in tijden waarin definitieve gastheren niet toegankelijk zijn, zegt Calhoun.
"Het is een overblijfsel, omdat de kikker uiteindelijk het water zal verlaten en dat het voor vogels moeilijk zal maken om het op te eten", voegt ze eraan toe. De ontwikkeling van de parasiet wordt onderbroken terwijl deze zich in een paratenische gastheer bevindt.
"Vereenvoudigde levenscycli zijn veel eenvoudiger", merkt Calhoun op, maar de levenscyclus van de trematode vereist dat vele stadia van het leven van het dier zich op een bepaalde manier afspelen. "Het lijkt erop dat er veel manieren zijn om dit soort levenscyclus te onderbreken, maar het komt nog steeds zo vaak voor. Trematoden komen over de hele wereld voor, en dat maakt ze voor mij heel bijzonder."
Verschillende lichaamsdelen, verschillende parasieten
Om de uiteindelijke heatmaps te maken die laten zien waar de parasieten zich in de lichamen van de amfibieën verzamelden, ontleedden de onderzoekers de kikkers en salamanders en registreerden ze het aantal en het type parasieten in elke cel van een raster van de lichamen van de dieren.
Hieruit bleek dat verschillende soorten parasieten (Alaria marcianae, Cephalogonimus americanus, verschillende soorten Echinostoma en Ribeiroia ondatrae) verschillende verspreidingsgebieden hadden, en dat parasieten naar andere plaatsen in de lichamen van de salamanders gingen dan bij de kikkers.
Bij de kikkers werden de meeste Echinostoma’s aangetroffen in de nieren, de meeste Ribeiroia’s aan de voorkant van het lichaam, de meeste Alaria’s aan de achterkant van het lichaam (vooral rond de nek) en Cephalogonimus trematoden werden gevonden in de voorkant van het lichaam. ongeveer gelijkmatig verdeeld tussen de voor- en achterkant. Zowel Ribeiroia als Cephalogonimus waren geconcentreerd in gespecialiseerde regio's en kunnen daarom als gespecialiseerde parasieten worden beschouwd.
"Specialisten gebruiken meestal een bepaald gebied of een bepaalde microhabitat binnen de gastheer, of ze kunnen zich zelfs specialiseren in de gastheer zelf", zegt Calhoun. Een van de parasieten die ze bestudeert, Scaphanocephalus, gebruikt bijvoorbeeld visarend als definitieve gastheer, terwijl andere trematoden in alle soorten vogels kunnen leven die vis eten. Hierdoor bestaat het risico dat de tussengastheer wordt opgegeten door een andere vogel dan een visarend, waardoor de levenscyclus van de parasiet wordt verstoord.
Er bestaat ook enig risico dat de gastheersoort uitsterft, waardoor de parasiet gedwongen zou worden een andere gastheer te vinden. Maar, legt Calhoun uit, specialisten zijn aangepast aan hun definitieve gastheer, waardoor het minder waarschijnlijk is dat de gastheer ze met succes zal verwijderen of doden met zijn immuunsysteem. Bovendien kan specialisatie in één dier of gebied binnen een dier de concurrentie verminderen.
Uit het onderzoek bleek ook dat Ribeiroia bij salamanders op andere plaatsen clusterde dan bij kikkers. Ribeiroia waren de enige parasieten die werden aangetroffen in de salamanders die voor het onderzoek waren verzameld, en ze waren geconcentreerd in de weefsels aan de voorkant van het lichaam in plaats van in de weefsels dichter bij de achterkant.
Calhoun zegt dat dit mogelijk komt doordat ze op een andere manier de lichamen van salamanders binnendringen:"Een van de kenmerken die verschillend zijn tussen de gastheren in het onderzoek is dat salamanders carnivoren zijn, dus het kan zijn dat ze de parasieten proberen op te eten als ze in het water zijn. systeem en daardoor geïnfecteerd raken."
De voordelen van het gebruik van heatmaps
Co-infectie is de gelijktijdige infectie van een gastheer door meerdere soorten pathogenen. Volgens Calhoun hebben onderzoekers co-infectie door meerdere trematoden gezien door dissectie van wilde dieren. Deze studie toont aan dat co-infecterende parasieten vaak dezelfde ruimtes, of microhabitats, in gastheren innemen.
"In een van onze figuren", zegt Calhoun, "laten we zien dat beide parasieten heel vaak in dezelfde kleine rastercel voorkomen. Je hebt de hele huid van het dier, maar ze gaan allemaal naar hetzelfde gebied. Dankzij Heatmaps konden we dat doen." zien het, maar nu moeten we onderzoeken waarom."
Calhoun zegt dat heatmaps over het algemeen nuttig kunnen zijn voor het specificeren van de posities van parasieten binnen gastheren.
"Als ik iets ontleed en ik vind parasiet A in het hoofd en parasiet B in de ledematen", legt ze uit, "is het zo breed om gewoon 'in het hoofd' of 'in de ledematen' te zeggen, omdat die gebieden zo groot zijn vergeleken met Wat heatmaps laten zien, is dat ze zich in dezelfde 1-op-1-cellen op het heatmap-raster bevinden, in feite op elkaar gestapeld, wat aangeeft dat er co-infectiegebieden in de gastheer zijn die aantrekkelijk zijn voor parasieten andere locaties Het is belangrijk voor onderzoekers om deze microhabitats te bestuderen, vooral waarom meerdere parasieten dezelfde microhabitat gebruiken."
Terwijl sommige parasieten in dezelfde ruimtes samenkomen, doen andere dat niet. Calhoun zegt bijvoorbeeld dat Echinostoma voor het grootste deel de enige soort parasiet is die in de nieren van de amfibieën uit het onderzoek wordt aangetroffen. Dit suggereert dat ze op unieke wijze zijn aangepast om dit deel van het lichaam binnen te dringen.
Heatmaps hielpen de onderzoekers ook verklaren waarom kikkers die besmet waren met Ribeiroia uit de ene regio die onderzoekers bezochten, niet zo vaak misvormd waren als kikkers uit een andere regio.
"In de (San Francisco) Bay Area zag je (kikkers met) zes of zeven poten, met hoge hoeveelheden Ribeiroia, maar we zagen datzelfde fenomeen niet in de hooggelegen gebieden van Californië, toen de lading Ribeiroia was soms het dubbele", zegt Calhoun.
"Om deze trend te onderzoeken, hebben we de heatmaps van Ribeiroia-infecties in beide gebieden onderzocht en ontdekten dat Ribeiroia op grote hoogte om de een of andere reden naar het hoofd- en (kaak)gebied ging, en niet naar de achterpoten. Het zou verband kunnen houden met de Het is veel kouder in de bergen en het wordt in dit gebied pas in augustus warm, wanneer de kikkers beginnen te veranderen. Daarom kan het ontbreken van misvormingen verband houden met een gemiste timing van de parasietenafgifte en de ontwikkeling van de kikkers.'
Een andere methode omvat het gebruik van fluorescerende etikettering. In een laboratoriumomgeving, legt Calhoun uit, zou het labelen van de parasieten met een kleur voordat ze de kikkers binnendringen, onderzoekers in staat stellen te volgen hoe ze bewegen, wat de gevolgen van die beweging zijn en of hun locatie in de loop van de tijd verandert.
‘En als je dit soort kleurstoffen gebruikt’, zegt ze, ‘zou je individuele infecties bij een dier met Echinostoma, Cephalogonimus of Alaria kunnen onderzoeken en dan een andere parasiet toevoegen en kijken of de verspreiding verandert. Anderen hebben dat aangetoond bij meerdere parasieten Als je taxa toevoegt, verplaatsen de parasieten zich naar verschillende gebieden. Maar waar gaan ze heen? Wat als we ze tegelijkertijd zouden introduceren? "