Ученые выяснили, откуда берутся аномалии конечностей у лягушек и жаб

Исследователи выяснили, что заражение плоским паразитическим червем Strigea robusta вызывает массовые аномалии конечностей у лягушек и жаб. Открытие позволит разобраться в жизненном цикле гельминтов, которые в том числе могут вредить организму человека. Работа выполнена специалистами подведомственного Минобрнауки России Института цитологии (ИНЦ) РАН.

В середине XX века в нескольких странах было обнаружено множество случаев массовых аномалий конечностей у лягушек. Причины таких изменений первоначально связывали с радиацией, химическим загрязнением водоемов или заражением вирусами. Однако потом было обнаружено, что появление деформаций конечностей связано с заражением гельминтами. Одним из таких паразитов оказался широко распространенный плоский червь Strigea robusta.

Жизненный цикл этого червя включает трех хозяев. Взрослая особь живет в кишечнике уток. Из кишечника птиц яйца гельминтов в составе фекалий попадают в водоемы, где их поедают улитки-катушки. Моллюски становятся переносчиками зародышей до тех пор, пока из них не образуются личинки паразитов (метацеркарии). После этого метацеркарии готовы искать нового носителя — они прорывают кожу улитки и вырываются на свободу. Причем во время этого процесса улитка может погибнуть, если личинок слишком много.

Затем личинки гельминтов ищут себе следующего хозяина, которыми становятся лягушки. Метацекарии находят в водоеме головастиков и, прорывая их кожу, проникают внутрь организма, образуя цисту (пузырь).

Чтобы жизненный цикл паразитов замкнулся, личинкам требуется время на развитие, а также на то, чтобы зараженных лягушек съели утки. Для этого Strigea robusta в процессе эволюции выработала специальный механизм — паразиты, внедрившись в головастика, выделяют особый субстрат (обычно ретиноевую кислоту), который вносит изменение в работу ряда генов у головастика лягушки, вызывая нарушение развития его конечностей (так называемая «аномалия П»). Проходя такую метаморфозу, лягушка становится медлительной, и утке проще ее поймать.

«Мы решили выяснить, почему из всех амфибий, которые обитают в тех же водоемах, что и Strigea robusta, эти паразиты поражают только лягушек, а не жаб, тритонов и прочих организмов. Для этого мы провели несколько сравнительных экспериментов с головастиками жаб. У первых в природе мы находили «аномалию П», а у вторых — нет», — рассказывает руководитель лаборатории стабильности хромосом и микроэволюции генома ИНЦ РАН Спартак Литвинчук.

Ученые провели пять экспериментов, в каждом из которых приняли участие по 30 головастиков трех видов жаб из трех различных регионов Евразии. Головастиков заражали метацеркариями Strigea robusta, дозу паразитов определяли с помощью методов микроскопии.

Результаты показали, что в лабораторных условиях черви способны поражать головастиков жаб с такой же вероятностью, что и личинок лягушек, вызывая схожие аномалии конечностей. Однако в природных условиях исследуемые виды жаб, как правило, не подвергаются влиянию Strigea robusta. Это связано с тем, что сроки развития головастиков жаб намного короче, чем у лягушек, и составляют около двух месяцев.

Поэтому, когда метацеркарии появляются в водоеме в поисках нового хозяина, обычно это происходит в конце июня — августе, личинки жаб уже отсутствуют. Для развития же головастиков лягушек требуется более 3-х месяцев. Этой разницы достаточно, чтобы метацеркарии не успели попасть в жаб, но успели поразить головастиков лягушки.

«Наши эксперименты показали, что Strigea robusta может заражать разных амфибий, но возможность для проникновения паразитов в организм носителя зависит от сроков развития головастиков. Результаты исследования могут использоваться для понимания того, почему в каких-то водоемах у амфибий возникают аномалии, а в других нет. Важно понимать, что это естественный процесс, а не следствия нарушения экологии в водоемах. Кроме того, нужно знать, как и почему распространяются черви-паразиты, ведь некоторые опасные виды используют в качестве носителя организм человека», — поясняет Спартак Литвинчук.

Исследования проведены по гранту РНФ «Механизмы индукции тератогенеза у амфибий под действием трематоды Strigea robusta».

Руководитель гранта, заведующий новой молодёжной лабораторией экологической генетики и метагеномики Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) ТюмГУ Антон Свинин рассказал о следующем этапе реализации проекта: «В данный момент проводится исследование молекулярного ответа у зараженных паразитом головастиков на воздействие личинок трематоды Strigea robusta и определяется спектр экспрессии генов, задействованных в таком ответе».

Новая лаборатория была создана в ТюмГУ по гранту раздела «Поиск и изучение микроорганизмов и микробных сообществ почв, животных и растений» Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий в Российской Федерации на 2019-2027 гг. (руководитель проекта академик РАН Андрей Лисица).

В исследовании также приняли участие сотрудники подведомственных Минобрнауки России Пензенского государственных университетов, Российского государственного аграрного университета (МСХА имени К. А. Тимирязева) и Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН. Его результаты опубликованы в одном из международных изданий.

Микрофотография цисты гельминта Strigea robusta (синий цвет), окруженной тканями головастика (зеленый и красный).