Mikrobiologi anti-lelaki

Mikrobiologi anti-lelaki

Alexander Markov,
Doktor Sains Biologi, Penyelidik Kanan, Institut Paleontologi, Akademi Sains Rusia
"Apa yang baru dalam sains dan teknologi" No. 12, 2005

"Masa Raja Herod sudah kembali. Wabak misterius mengambil nyawa bayi lelaki. Hidup kanak-kanak di hadapan ibu mereka berubah menjadi gadis atau interseks aneh. Gadis melahirkan tanpa konsep, dan pasangan suami isteri terjejas oleh kemandulan … " Ia kelihatan seperti permulaan novel yang gila penulis fiksyen sains, bukan? Walau bagaimanapun, ini bukanlah fiksyen, tetapi pembinaan semula realistik peristiwa yang mungkin berlaku jika manusia telah menangkap jangkitan yang telah melanda ratusan ribu spesies haiwan.

Bakteria Wolbachia mula-mula dijumpai dalam ovari biasa nyamuk (Culex pipiens) pada tahun 1924. Walau bagaimanapun, ia menjadi serius dikaji hanya beberapa dekad kemudian, apabila ia menjadi jelas bahawa ia adalah penyebab pelbagai patologi yang berbeza untuk pembangunan dan pembiakan haiwan. Wolbachia ditemui dalam sel-sel kumbang, bedbug, lalat, tawar, belalang, kupu-kupu, kutu, labah-labah, kutu, krustasea, cacing … Bulatan pemilik "terkenal" Wolbachia sentiasa berkembang: laporan spesies baru haiwan yang dijangkiti olehnya muncul setiap minggu.

Buat pertama kalinya, Wolbachia ditemui dalam tubuh nyamuk genus Culex.Serangga ini, makan pada darah mamalia, boleh menghantar banyak mikroorganisma kepada mereka – tetapi tidak Wolbachia (gambar dari www.usgs.gov)

Nasib baik untuk kita, selama lebih dari 100 juta tahun kewujudannya, Wolbachia (seperti ahli menganggarkan usianya) tidak dapat menyesuaikan diri dengan kehidupan di mamalia (walaupun ia dapat hidup dalam budaya sel manusia di makmal). Di samping itu, "kaedah tindakan" yang pada awalnya memberi tumpuan kepada serangga, labah-labah dan cacing, tidak semestinya berkesan dalam mamalia, sistem kekebalannya lebih sempurna.1. Sebaliknya, saudara terdekat Wolbachia, rickettsia (asalnya parasit serangga) telah "menguasai" manusia sebagai habitat. Hasilnya adalah wabak tipus dan apa yang disebut demam belulang.

Wolbachia tidak pernah bertindak begitu kasar. Dia datang dengan mangsa-mangsanya lebih nipis dan lebih canggih, dengan mahir memanipulasi mereka, mengejar matlamat mereka sendiri yang mementingkan diri sendiri. Wolbachia tidak boleh hidup di luar sel-sel tuan rumah dan dihantar "menegak" – dari ibu kepada anak-anaknya, menembusi wanita yang dijangkiti ke dalam telur. Bakteria yang masuk ke dalam badan seorang lelaki akan ditakdirkan untuk mati dengan dia, dan tidak boleh meninggalkan keturunan.Lelaki untuk Wolbachia adalah balast yang tidak perlu, dan dia menyingkirkannya dengan secara selektif membunuh embrio lelaki.

Pada akhir 90-an, saintis Rusia mendapati bahawa dalam cengkaman yang diletakkan oleh kumbang dua titik, larva sering menetas hanya dari separuh telur, semua serangga yang menetas adalah perempuan. Telur yang tersisa, yang mengandungi sisa-sisa maut dari "anak lembu Allah" yang belum lahir, segera dimakan oleh saudara perempuan mereka. Telah terbukti bahawa penyebab kematian janin lelaki adalah bakteria Wolbachia, tetapi masih belum diketahui betapa tepatnya ia membunuh mereka dan bagaimana ia membezakan lelaki dari wanita.

Para korban pembunuhan bunuh diri yang dilakukan oleh Wolbachia, atau androcide, adalah tambahan kepada burung pisang, beberapa rama-rama, lalat dan semut. Kadang-kadang ini membawa kepada dominasi wanita yang tajam dalam populasi serangga semula jadi. Sebagai contoh, dalam rama-rama Afrika yang dijangkiti Wolbachia, satu lelaki menyumbang 100 atau 200 wanita. Menghairankan, pengurangan bencana dalam populasi lelaki tidak membawa kepada kepupusan spesies. Ternyata bilangan lelaki yang sangat kecil seringkali cukup bagi penduduk untuk terus bertahan.

Kadang-kadang Wolbachia berjaya membasmi semua lelaki tanpa pengecualian, dan walaupun ini tidak membawa kepada kepupusan tuan rumah, kerana perempuan, mematuhi perintah "misterius" Wolbachia,mula membiak parthenogenetic – tanpa persenyawaan ("parthenogenetic" dalam bahasa Yunani bermaksud "anak yang dilahirkan"). Sesetengah spesies tawon, di mana jangkitan dengan Wolbachia adalah sifat universal, telah benar-benar kehilangan keupayaan mereka untuk pembiakan seksual yang normal dan tidak kembali kepadanya, walaupun mereka sembuh dengan tetracycline.

Wolbachia lebih canggih dengan beberapa krustasea tanah – kutu kayu. Satu spesies Wolbachia yang hidup di hutan telah belajar untuk menjadikan lelaki genetik menjadi perempuan. Kutu kayu lelaki mempunyai kelenjar khas yang merembeskan hormon androgenik. Dari kehadiran atau ketiadaan hormon ini bergantung pada cara perkembangan embrio akan – lelaki atau wanita. Wolbachia menekan kerja kelenjar androgen pada peringkat awal perkembangan haiwan, akibatnya wanita berkembang dari embrio dengan set kromosom lelaki. Kromosomnya tetap lelaki! Keturunan "wanita palsu" adalah 100% terdiri daripada "wanita palsu" yang sama. Sekiranya anda memberi makan "wanita palsu" yang muda dengan tetracycline, ia menjadi interseks – haiwan dengan campuran sifat lelaki dan perempuan.Jika, bagaimanapun, untuk menyembuhkan "wanita palsu" dewasa, dia tetap seorang wanita, tetapi mula menghasilkan hanya beberapa lelaki.

Keluarga segera
Semua saudara terdekat Wolbachia adalah parasit intraselular yang tidak boleh hidup jauh di luar sel-sel binatang tuan rumah. Selain pelbagai rickettsiayang menyebabkan demam kepialu dan demam pada manusia, kepada kumpulan bakteria ini (yang dipanggil rickettsiuma) termasuk anaplasma dan ehrlich. Anaplasma – Ejen penyebab penyakit mematikan lembu – anaplasmatosis. Pengangkut anaplasma adalah kutu. Bakterium ini tinggal di eritrosit lembu dan menyebabkan anemia teruk, yang sering mengakibatkan kematian haiwan itu. Erlichia juga disahkan oleh kutu dan menyebabkan penyakit berbahaya ruminan dan anjing: anemia dan dropsy jantung (edema perikardia). Banyak rickettsiae, seperti Wolbachia, gunakan T4ss (alat seks yang diubah suai) untuk pengenalan ke dalam sel tuan rumah pelbagai bahan – pengawal selia.

Ramai jenis Wolbachia datang lebih bijak. Bakteria bermanfaat kepada wanita yang dijangkiti menghasilkan lebih banyak anak daripada yang sihat.Wolbachia belajar bagaimana meningkatkan fecundity wanita yang sakit dan membuat mereka hampir steril dan tidak dijangkiti. Tugas pertama adalah agak mudah, tetapi bagaimana bakteria dapat mempengaruhi fekunditi wanita yang tidak dijangkiti? Ternyata bakteria menggunakan lelaki yang dijangkiti sebagai alatnya. Telur para wanita yang sihat disenyawakan oleh sperma mati yang dijangkiti; Walau bagaimanapun, lelaki yang sama boleh berjaya menyuburkan mana-mana wanita yang dijangkiti, dan anak mereka (secara semula jadi, juga dijangkiti) akan cukup berdaya maju.

Fenomena ini, yang dipanggil "ketidakcocokan sitoplasmik"2 – salah satu misteri yang paling menarik di Wolbachia. Apakah manipulasi yang menakjubkan ini dilakukan oleh mikrob ini kepada sperma lelaki yang dijangkiti, bahawa mereka tidak dapat menyuburkan sel telur yang sihat, tetapi mengekalkan kemampuan untuk menyuburkan telur yang dijangkiti? Kerumitan masalah ini diperburuk oleh fakta bahawa Wolbachia tidak dapat menembus spermatozoon – terlalu kecil untuk itu.

Titik terang dalam telur trihogram penunggang (sepupu parasit kecil tawon) adalah sel Wolbachy.Kebanyakannya telah terkumpul pada akhir telur, yang bertujuan untuk berkembang menjadi organ pembiakan (foto dari www.nsf.gov)

Misteri ini belum dapat diselesaikan sepenuhnya, tetapi mungkin untuk menegaskan bahawa "ketidakcocokan sitoplasmik" adalah hasil daripada tindakan yang harmoni bakteria yang ada di dalam sel telur dan mereka yang hidup dalam kelenjar kelamin lelaki. Wolbachia yang tinggal di testes lelaki menyuntik beberapa bahan (kemungkinan besar, protein) ke spermatozoa yang matang, yang melekat pada kromosom spermatozoon dan "merosakkan" mereka. Pada masa yang sama, ia berfungsi sebagai sejenis label – "tanda konvensional" untuk telur Wolbachy. Apabila sel sperma menggabungkan sel telur (persenyawaan), "label" melanggar kelakuan kromosom paternal, tidak membenarkan mereka bersatu dengan kromosom ibu dan mula lancar berkongsi dengan mereka. Tidak lama kemudian kromosom paternal dihancurkan, yang hampir selalu membawa kepada kematian embrio3. Ini adalah kes jika tiada Wolbachia dalam sel telur. Jika ada, protein-protein yang dirembes olehnya tergesa-gesa untuk membantu kromosom paternal "ditakdirkan" dan menyelamatkan mereka daripada kemusnahan. "Tag" tidak diaktifkan atau dialih keluar,tingkah laku kromosom dinormalisasi, dan dari telur yang disenyawakan embrio yang cukup berdaya maju (tentu saja, dijangkiti dengan Wolbachia).

Perkara yang paling mengagumkan adalah bahawa Wolbachia, yang terdapat dalam sel telur, dengan pengecualian yang jarang berlaku, hanya menyimpan kromosom yang ditandai dengan jenis bakteria yang sama (dan beratus-ratus spesies Wolbachia) diselamatkan dari kemusnahan. Bagaimana wolbachia membezakan "label" daripada "orang yang tidak dikenali" kekal sebagai misteri. Walau bagaimanapun, "kecerdikan" ini dari Wolbachia, yang dia dapati dalam menyelamatkan kromosom lelaki, adalah kepentingan praktikal yang besar. Terima kasih kepadanya, Wolbachia memperoleh keupayaan untuk mengawal bukan sahaja pembiakan dan perkembangan pemiliknya, tetapi juga evolusi mereka!

Kesan ini, yang mempunyai akibat yang paling tidak dijangka dan meluas dan menyebabkan para saintis yang memahami intipati masalah itu, yang merasakan ketakutan mistis, telah dipanggil "spekulasi berjangkit." Bayangkan bahawa satu bahagian spesies haiwan dijangkiti dengan satu spesies Wolbachia, dan satu lagi dengan yang lain. Jika kedua-dua spesies bakteria menyebabkan "ketidakcocokan sitoplasmik", ia tidak dapat dielakkanbahawa spesies ini akan secara paksa dibahagikan kepada dua bahagian, tidak dapat bersambung dengan satu sama lain. Sebenarnya, ini bermakna membahagikan pandangan asal menjadi dua. Misteri yang paling besar dalam proses evolusi, "perbuatan spesiasi" akan selesai. Ia akan dicapai bukan mengikut kehendak Allah dan bukan menurut undang-undang teori evolusi klasik, bukan akibat pemilihan semula jadi, tetapi menurut "keinginan" sejenis bakteria.

Rakan musuh kita
Pernyataan bahawa Wolbachia tidak boleh hidup di dalam tubuh manusia dan oleh itu tidak berbahaya bagi kita tidak sepenuhnya tepat. Wolbachia tidak boleh hidup secara langsung dalam sel-sel badan kita, tetapi ia hidup di dalam sel-sel cacing parasit – filarias yang boleh hidup dalam tisu-tisu mamalia, termasuk manusia. Filarias menyebabkan beberapa penyakit berbahaya pada orang – filariasis. Cacing menjejaskan tisu subkutaneus, organ dalaman (termasuk jantung), mata. Sesetengah filarias menyebabkan elephantiasis yang disebut – pertumbuhan serat yang berlebihan, yang boleh menyebabkan lengan atau kaki membengkak secara berlebihan. Beberapa ciri dan gejala filariasis tidak ditentukan oleh cacing parasit sendiri, tetapi oleh produk metabolik Wolbachia yang hidup di dalam tisu cacing. Filariasis pembawa adalah serangga.Ada kemungkinan cacing parasit ini (kira-kira 100 juta tahun yang lalu) telah "dijangkiti" oleh Wolbachia tepatnya dari serangga. Tetapi hubungan Wolbachia dengan filarias adalah sama sekali berbeza daripada dengan serangga. Antara cacing dan bakterium menegakkan cinta dan pemahaman yang lengkap. Wolbachia telah menjadi cohabitant yang berguna (symbiont) filarias. Worms yang "sembuh" daripada Wolbachia sangat menderita: kesuburan mereka berkurangan mendadak dan kematian mereka meningkat. Apabila fakta ini ditemui, saintis dan doktor dipenuhi dengan harapan yang besar. Mungkin, ia mungkin dapat menyembuhkan seseorang daripada filariasis dengan "mengubati" filariasnya dari wolbachia? Lagipun, kapur Wolbachia jauh lebih mudah daripada cacing itu sendiri (bulu cacing, termasuk filarias, dibezakan oleh ketahanan luar biasa terhadap mana-mana kimia). Malangnya, harapan ini hanya sebahagiannya dipenuhi. Kemusnahan Wolbachia dengan tetracycline memang mengurangkan jumlah dan fecundity cacing parasit, tetapi masih tidak membawa kepada pembasmian lengkap mereka.

Bagaimana realistik adalah senario ini? Adakah "spesiasi berjangkit" berlaku dalam alam semula jadi dan, jika ya, berapa kerapkah? Tidak diketahui. Walau bagaimanapun, bentuk kriket telah dijumpai di Amerika Utara,tidak dapat bersambung antara satu sama lain, yang, bagaimanapun, selepas menjalani rawatan dengan tetracycline, tiba-tiba menjadi sepenuhnya serasi dan mula memberikan keturunan hibrid yang hidup dan sihat …

Seperti semua bakteria, genom Wolbachia terdiri daripada satu kromosom tunggal, sebuah molekul DNA bulat, bahagian-bahagiannya adalah gen mikrob (imej dari biology.plosjournals.org)

Wolbachia menarik perhatian ahli sains di seluruh dunia. Beratus-ratus artikel saintifik mengenai bakteria ini diterbitkan setiap tahun. Adalah jelas bahawa pemahaman tentang mekanisme manipulasi yang dilakukan olehnya akan memberi seseorang cara yang paling kuat untuk mempengaruhi alam. Masalahnya menjadi sukar oleh fakta bahawa wolbachia tidak tumbuh pada media buatan, oleh itu ia tidak dapat dikaji menggunakan kaedah mikrobiologi konvensional. Satu era baru dalam kajian Wolbachia bermula pada bulan Mac 2004, apabila keputusan pengekodan genom salah satu varietasnya telah diterbitkan (genom dua varieti Wolbachia kini telah diuraikan sepenuhnya; genom dari dua yang lain telah dibaca secara separa). Dengan menganalisis urutan nukleotida satu molekul DNA Wolbachia oleh komputer ("bioinformational"), saintis berharap untuk mengenal pasti gen dan protein,dengan mana Wolbachia memanipulasi tuannya.

Selama beberapa tahun sekarang, sekumpulan saintis Rusia yang diketuai oleh Profesor I. A. Zakharov (Institut Genetik Umum, RAS) telah cuba menyelesaikan misteri Wolbachia. Menurut data terkini, beberapa berpuluh-puluh gen telah dikenalpasti dalam genom Wolbachian – calon yang paling mungkin untuk peranan pengawal selia hayat.

Menyahkodkan urutan DNA. Setiap pita sepadan dengan jenis nukleotida tertentu (imej dari news.bbc.co.uk)

Ternyata bakterium menyuntikkan protein pengawalseliaan ke dalam sitoplasma sel-sel tuan rumah, yang mengganggu kerja sitoskeleton yang disebut – sistem muskuloskelet sel, yang bergantung pada tingkah laku kromosom semasa divisi sel. Wolbachia melakukan "suntikan" berbahaya dengan bantuan alat khas – yang dipanggil Jenis 4 Sistem Sekretariat (T4SS). Peranti ini tidak lebih daripada … alat seks yang diubah suai. Bakteria biasa menggunakan peranti ini menyuntik DNA mereka ke dalam sel-sel saudara semasa konjugasi kononnya – "hubungan seksual" bakteria.Sekiranya kita menggeletar dari terminologi biologi yang ketat sedikit, kita boleh mengatakan bahawa Wolbachia melakukan hubungan seks dengan sel tuan rumahnya, hanya sebagai bahan keturunan, ia memperkenalkan pelbagai kombinasi pengatur protein ke dalamnya.

Menurut ahli sains dari kumpulan I. A. Zakharov, ia akan mengambil beberapa tahun lagi untuk akhirnya menyelesaikan semua rahsia Wolbachia. Walau bagaimanapun, penggunaan praktikal hasil penyelidikan perantaraan bermula sekarang. Secara khusus, kaedah-kaedah dibangunkan untuk menggunakan Wolbachia untuk mengawal bilangan dan fekunditi serangga: kedua-dua berbahaya dan bermanfaat.

Penggunaan imajiner
Wolbachia berminat dengan hakikat bahawa wanita yang dijangkiti menghasilkan banyak anak mungkin, dan dia dapat mencapai ini. Dalam banyak spesies serangga yang dijangkiti dengan Wolbachia, rawatan dengan tetracycline membawa kepada penurunan fekunditi wanita. Di samping itu, dalam sesetengah kes, individu yang dijangkiti Wolbachia hidup lebih lama, berkelakuan lebih aktif dan umumnya lebih berdaya maju daripada sembuh. Adakah ini bermakna bahawa Wolbachia boleh membawa bukan sahaja bahaya tetapi juga memberi manfaat? Hampir tidak.Kesan negatif yang berlaku selepas rawatan biasanya hilang dalam 2-3 generasi. Sebagai contoh, dalam Drosophila simulans terbang, selepas pemulihan daripada wolbachia, kesuburan berkurangan. Walau bagaimanapun, selepas tiga generasi, lalat yang disembuhkan menghasilkan banyak anak yang dijangkiti.
Ini menunjukkan bahawa "manfaat" yang dibawa oleh Volbachia kepada pemilik mungkin ilusi. Ahli genetik I. A. Zakharov, Ahli Bersekutu Akademi Sains Rusia, bersama-sama dengan penulis nota ini, mencadangkan bahawa Wolbachia boleh menyebabkan sesuatu seperti ketagihan dadah atau menggunakan teknik racun-penawar yang biasa dalam beberapa parasit. Parasit ini menghasilkan kompleks dua bahan, salah satunya adalah racun untuk tuan rumah, dan yang lain adalah penawar, dan racunnya stabil, dan penawarnya cepat runtuh di dalam badan, dan stoknya mesti diperbaharui. Akibatnya, pemilik yang berjaya dalam satu cara atau lain untuk menghilangkan parasit itu, terbunuh. Pemiliknya sendiri berminat menjaga parasitnya dengan segala kos.


1 Antara fakta yang menghiburkan adalah fakta bahawa mana-mana haiwan yang dijangkiti dengan Wolbachia cukup mudah untuk menyembuhkan – Wolbachia sangat sensitif terhadap antibiotik, terutama dengan tetracycline.

2 Nama kesan ini diberikan sebelum ditubuhkan bahawa Wolbachia adalah punca. Ia telah diperhatikan bahawa sesetengah nyamuk lelaki adalah reproduktif tidak serasi dengan beberapa wanita. Telah mendapati bahawa kesesuaian itu diwarisi oleh garis maternal; disimpulkan bahawa faktor yang menentukan harta ini tidak terkandung dalam kromosom dan tidak di dalam nukleus, tetapi di sitoplasma (sejak telur yang disenyawakan menerima nukleus dan kromosom dari kedua ibu bapa, dan sitoplasma hampir secara eksklusif dari ibu). "Ledakan Wolbachian" dalam mikrobiologi bermula selepas sambungan diturunkan antara "ketidakcocokan sitoplasmik" dan kehadiran bakteria Wolbachia dalam telur.

3 Telur yang disenyawakan, dari mana embrio berkembang di kebanyakan haiwan dan tumbuh-tumbuhan, mempunyai kromosom berganda dua, separuh daripada yang diterima dari ibu, separuh – dari bapa. Telur tidak bersertifikat, seperti sel sperma, mempunyai satu set kromosom. Kematian kromosom paternal pada telur yang disenyawakan membawa kepada fakta bahawa telur itu lagi menjadi tidak bersertifikat. Dalam kebanyakan kes, embrio tidak berkembang dari telur seperti itu.Pengecualian adalah beberapa haiwan, seperti tawon, lebah dan semut, di mana laki-laki (drone) biasanya terbentuk dari telur yang tidak disenyawakan. Dalam kes ini, "usaha" Wolbachia membawa kepada keputusan yang agak tidak dijangka: anak-anak tidak mati, tetapi ternyata 100% lelaki. Peningkatan bilangan lelaki yang tidak dijangkiti adalah bakteria yang tidak menguntungkan. Ini adalah salah satu daripada beberapa kes apabila Wolbachia "diabaikan".


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: