Миксоболюс церебралис: возбудитель болезни кружения у лососевых рыб

Введение

Вид паразита

Myxobolus cerebralis – миксоспоридный паразит лососевых (лосося и форели), вызывающий болезнь вихря у разводимого лосося и форели, а также в популяциях дикой рыбы. Впервые он был описан у радужной форели в Германии в 1893 году, но его ареал распространился, и он появился в большинстве стран Европы (включая Россию), Соединенных Штатах, Южной Африке, Канаде и других странах с поставками культивированной и дикой рыбы. В 1980-х годах было установлено, что для завершения жизненного цикла M. cerebralis необходим трубчатый олигохет (вид сегментированных червей). Паразит заражает хозяев своими клетками, проникая в них полярными нитями, выбрасываемыми из капсул, подобных нематоцистам. Это приводит к заражению хрящей и, возможно, нервной ткани лососевых, вызывая потенциально смертельную инфекцию, при которой у хозяина развивается почернение хвоста, деформации позвоночника и, возможно, другие деформации в передней части тела. Болезнь вихря поражает молодь рыб (мальков и личинок) и вызывает деформацию скелета и неврологические повреждения. Рыбы "кружатся" вперед по неуклюжей траектории, напоминающей штопор, вместо нормального плавания, испытывают трудности с кормлением и становятся более уязвимыми для хищников. У мальков уровень смертности высок – до 90% в инфицированных популяциях, а выжившие особи деформированы паразитами, находящимися в их хрящах, костях и нервной ткани. Они служат резервуаром для паразита, который высвобождается в воду после гибели рыбы. M. cerebralis является одним из наиболее экономически значимых миксозоев у рыб, а также одним из самых патогенных. Это был первый миксоспорид, патология и симптомы которого были научно описаны. Паразит не передается человеку. Таксономия и наименование как M. cerebralis, так и миксозоев в целом имеют сложную историю. Изначально считалось, что он поражает мозг рыб (отсюда эпитет cerebralis) и нервную систему, однако вскоре было установлено, что он в основном инфицирует хрящи, скелетную и нервную ткани. Попытки изменить название на Myxobolus chondrophagus, что более точно отражало бы природу организма, не увенчались успехом из-за правил номенклатуры. Позже было обнаружено, что организмы, ранее известные как Triactinomyxon dubium и T. gyrosalmo (класс Actinosporea), на самом деле являются стадиями триактиномиксона M. cerebralis, жизненный цикл которого был расширен за счет включения стадии триактиномиксона. Аналогично, другие актиноспоры были включены в жизненные циклы различных миксоспорид.

Myxobolus cerebralis is a myxosporean parasite of salmonids (salmon and trout species) that causes whirling disease in farmed salmon and trout and also in wild fish populations. It was first described in rainbow trout in Germany in 1893, but its range has spread and it has appeared in most of Europe (including Russia), the United States, South Africa, Canada and other countries from shipments of cultured and wild fish. In the 1980s, M. cerebralis was found to require a tubificid oligochaete (a kind of segmented worm) to complete its life cycle. The parasite infects its hosts with its cells after piercing them with polar filaments ejected from nematocyst like capsules. This infects the cartilage and possibly the nervous tissue of salmonids, causing a potentially lethal infection in which the host develops a black tail, spinal deformities, and possibly more deformities in the anterior part of the fish. Whirling disease affects juvenile fish (fingerlings and fry) and causes skeletal deformation and neurological damage. Fish "whirl" forward in an awkward, corkscrew like pattern instead of swimming normally, find feeding difficult, and are more vulnerable to predation. The mortality rate is high for fingerlings, up to 90% of infected populations, and those that do survive are deformed by the parasites residing in their cartilage, bone, and neurological tissue. They act as a reservoir for the parasite, which is released into water following the fish's death. M. cerebralis is one of the most economically important myxozoans in fish, as well as one of the most pathogenic. It was the first myxosporean whose pathology and symptoms were described scientifically. The parasite is not transmissible to humans. The taxonomy and naming of both M. cerebralis, and of myxozoans in general, have complicated histories. It was originally thought to infect fish brains (hence the specific epithet cerebralis) and nervous systems, though it soon was found to primarily infect cartilage, skeletal tissue, and nervous tissue. Attempts to change the name to Myxobolus chondrophagus, which would more accurately describe the organism, failed because of nomenclature rules. Later, the organisms previously called Triactinomyxon dubium and T. gyrosalmo (class Actinosporea) were found to be, in fact, triactinomyxon stages of M. cerebralis, the life cycle of which was expanded to include the triactinomyxon stage. Similarly, other actinosporeans were folded into the life cycles of various myxosporeans.

Таксономия

M. cerebralis – один из 1350 известных миксозойных паразитов, заражающих рыб. Ранее считалось, что это вид простейших, однако таксономисты обнаружили характеристики, которые указывают на более тесную связь M. cerebralis с типом Кишечнополостные (Cnidaria). К этим характеристикам относятся книдоцисты – стрекательные клетки, используемые для захвата и удержания хозяина. M. cerebralis имеет множество различных стадий развития, от отдельных клеток до относительно крупных спор, и не все из них изучены подробно. Этот сложный жизненный цикл включает двух разных хозяев и многочисленные стадии развития, происходящие посредством митоза, эндогении, плазмотомии или, возможно, мейоза. На начальной стадии жизненного цикла M. cerebralis прикрепляется к лососевому хозяину снаружи. Затем, используя свои стрекательные щупальца, он заражает хозяина, вызывая деформацию скелетных тканей и нервной системы. В настоящее время миксозои, ранее считавшиеся многоклеточными простейшими, большинством ученых рассматриваются как животные, хотя их официальный статус пока не изменился. Недавние молекулярные исследования указывают на родство миксозой с Bilateria или Cnidaria, при этом морфологически ближе оказываются Cnidaria, поскольку обе группы обладают экструзивными нитями. В некоторых генетических исследованиях Bilateria показывали некоторую близость, однако выяснилось, что использованные образцы были загрязнены материалом организма-хозяина. Исследование 2015 года подтвердило, что миксозои относятся к типу Кишечнополостные.

Морфология

M. cerebralis имеет множество разнообразных стадий, от отдельных клеток до относительно крупных спор, и не все из них изучены подробно.

Стадия триактиномиксона

Стадии, заражающие рыбу, называются спорами триактиномиксона и состоят из одного стиля длиной около 150 микрометров (мкм) и трех процессов, или "хвостов", каждый длиной около 200 микрометров. Эти споры обычно имеют овальную форму и асимметричную симметрию. В конце стиля находится пакетик спороплазмы, содержащий 64 зародышевые клетки, окруженные клеточной оболочкой. Также имеются три полярные капсулы, каждая из которых содержит свернутую полярную нить длиной от 170 до 180 мкм, с примерно 5-6 витками в каждой нити. Полярные нити как на этой стадии, так и на стадии миксоспоры (см. рисунок выше) быстро высвобождаются в тело хозяина, создавая отверстие, через которое спороплазма может проникнуть внутрь. Развивая эту полярную нить, паразит способен прикрепиться к хозяину.

Стадия спороплазмы

При контакте с рыбой-хозяином и активации полярных капсул, спороплазма, содержащаяся в центральном стиле триактиномиксона, мигрирует в эпителий или слизистую оболочку кишечника. В первую очередь, эта спороплазма подвергается митозу с образованием большего количества амебоидных клеток, которые мигрируют в более глубокие слои тканей, чтобы достичь мозгового хряща.

Миксоспорическая стадия

Миксоспоры, которые развиваются из спорогонических стадий клеток внутри рыб-хозяев, имеют линзовидную форму. Их диаметр составляет около 10 микрометров, и они состоят из шести клеток. Две из этих клеток формируют полярные капсулы, две сливаются, образуя бинуклеарную спороплазму, а две формируют защитные клапаны. Миксоспоры инфекционны для олигохет и обнаруживаются среди остатков переваренного рыбного хряща. Из-за морфологического сходства между родами их часто трудно отличить от близкородственных видов. Хотя M. cerebralis является единственным миксоспоридом, когда-либо обнаруженным в хряще лососевых рыб, другие визуально похожие виды могут присутствовать в коже, нервной системе или мышцах.

Жизненный цикл

У Myxobolus cerebralis двуххозяинный жизненный цикл, включающий рыбу семейства лососевых и трубчатую олигохету. На данный момент единственным червем, восприимчивым к инфекции M. cerebralis, является Tubifex tubifex, хотя то, что ученые в настоящее время называют T. tubifex, может на самом деле представлять собой более одного вида. Сначала миксоспоры заглатываются трубчатыми червями. В просвете кишечника червя споры выстреливают свои полярные капсулы и прикрепляются к эпителию кишечника полярными нитями. Затем створки оболочки открываются вдоль линии шва, и двуядерная зародышевая клетка проникает между кишечными эпителиальными клетками червя. Эта клетка размножается, производя множество амебоидных клеток посредством процесса бесполого деления клеток, называемого мерогонией. В результате этого процесса размножения межклеточное пространство эпителиальных клеток более чем в 10 соседних сегментах червя может быть инфицировано. Примерно через 60–90 дней после заражения половые стадии паразита подвергаются спорогенезу и развиваются в панспороцисты, каждая из которых содержит восемь спор стадии триактиномиксона. Эти споры выделяются из анального отверстия олигохеты в воду. Кроме того, рыба может заразиться, съев инфицированную олигохету. Инфицированные трубчатые черви могут выделять триактиномиксоны в течение как минимум года. Споры триактиномиксона переносятся водными течениями, где они могут заражать лососевых через кожу. Проникновение этих спор в рыбу занимает всего несколько секунд. В течение пяти минут в эпидермис рыбы попадает мешок зародышевых клеток, называемый спороплазмой, а через несколько часов спороплазма делится на отдельные клетки, которые распространяются по рыбе. Внутри рыбы как внутриклеточные, так и внеклеточные стадии размножаются в хряще посредством асексуальной эндогении, то есть новые клетки растут изнутри старых клеток. Заключительной стадией внутри рыбы является образование миксоспоры, которая формируется посредством спорогонии. Они высвобождаются в окружающую среду, когда рыба разлагается или съедается. Некоторые недавние исследования показывают, что некоторые рыбы могут выделять жизнеспособные миксоспоры, будучи еще живыми. Миксоспоры чрезвычайно устойчивы: «было показано, что споры Myxobolus cerebralis могут переносить замораживание при -20°C в течение не менее 3 месяцев, выдерживать старение в иле при 13°C в течение не менее 5 месяцев и прохождение через кишечник северной щуки Esox lucius или кряквы Anas platyrhynchos без потери инфекционной способности» для червей. Триактиномиксоны живут гораздо меньше, выживая 34 дня или меньше, в зависимости от температуры.

Myxobolus cerebralis has a two host life cycle involving a salmonid fish and a tubificid oligochaete. So far, the only worm known to be susceptible to M. cerebralis infection is Tubifex tubifex, though what scientists currently call T. tubifex may in fact be more than one species. First, myxospores are ingested by tubificid worms. In the gut lumen of the worm, the spores extrude their polar capsules and attach to the gut epithelium by polar filaments. The shell valves then open along the suture line and the binucleate germ cell penetrates between the intestinal epithelial cells of the worm. This cell multiplies, producing many amoeboid cells by an asexual cell fission process called merogony. As a result of the multiplication process, the intercellular space of the epithelial cells in more than 10 neighbouring worm segments may become infected. Around 60–90 days postinfection, sexual cell stages of the parasite undergo sporogenesis, and develop into pansporocysts, each of which contains eight triactinomyxon stage spores. These spores are released from the oligochaete anus into the water. Alternatively, a fish can become infected by eating an infected oligochaete. Infected tubificids can release triactinomyxons for at least a year. The triactinomyxon spores are carried by the water currents, where they can infect a salmonid through the skin. Penetration of the fish by these spores takes only a few seconds. Within five minutes, a sac of germ cells called a sporoplasm has entered the fish epidermis, and within a few hours, the sporoplasm splits into individual cells that will spread through the fish. Within the fish, both intracellular and extracellular stages reproduce in its cartilage by asexual endogeny, meaning new cells grow from within old cells. The final stage within the fish is the creation of the myxospore, which is formed by sporogony. They are released into the environment when the fish decomposes or is eaten. Some recent research indicates some fish may expel viable myxospores while still alive. Myxospores are extremely tough: "it was shown that Myxobolus cerebralis spores can tolerate freezing at −20°C for at least 3 months, aging in mud at 13°C for at least 5 months, and passage through the guts of northern pike Esox lucius or mallards Anas platyrhynchos without loss of infectivity" to worms. Triactinomyxons are much shorter lived, surviving 34 days or less, depending on temperature.

Патология

Скелетная деформация у зрелой ручьевой форели, вызванная инфекцией M. cerebralis. Инфекции M. cerebralis были зарегистрированы у широкого спектра видов лососевых: восьми видов "атлантических" лососевых, Salmo; четырех видов "тихоокеанских" лососевых, Oncorhynchus; четырех видов хариуса, Salvelinus; гольца, Thymallus thymallus; и хариуса обыкновенного, Hucho hucho. M. cerebralis наносит ущерб рыбам-хозяевам путем прикрепления спор триактиномиксона и миграции различных стадий через ткани и вдоль нервов, а также путем переваривания хряща. Хвост рыбы может темнеть, но, помимо поражений хряща, внутренние органы обычно выглядят здоровыми. Другие симптомы включают скелетные деформации и "кружение" (погоня за хвостом) у молоди, которое ранее считалось вызванным потерей равновесия, но на самом деле обусловлено повреждением спинного мозга и нижнего отдела ствола мозга. Эксперименты показали, что рыбы способны уничтожать Myxobolus в коже (возможно, с помощью антител), но не атакуют паразитов после их миграции в центральную нервную систему. Эта реакция различается у разных видов. У T. tubifex высвобождение спор триактиномиксона из стенки кишечника повреждает слизистую оболочку червя; это может происходить тысячи раз у одного червя и, как полагают, нарушает всасывание питательных веществ. Споры высвобождаются из червя почти исключительно при температуре от 10 °C до 15 °C, поэтому рыбы в более теплых или холодных водах менее подвержены заражению, а интенсивность заражения меняется в зависимости от сезона.