Генетические и биохимические особенности паразитизма. Противопаразитарный иммунитет

 

Поскольку все функции организма, включая физиологию, поведение и патогенность, детерминированы генетически, изучение генетики паразитов имеет важнейшее значение. Знания о генетике и биохимии возбудителей заболеваний человека и животных используются при разработке противопаразитарных вакцин и препаратов. Кроме того, объяснение механизмов, во-первых, патогенности, во-вторых, устойчивости к иммунному ответу и, в третьих, эволюционной пластичности паразитов – это залог решения проблемы паразитарных инфекций, от которых в мире страдают и умирают миллионы человек. Знание биохимии паразитов позволяет при создании противопаразитарных препаратов выбирать в качестве мишеней действия такие метаболические узлы и цепочки, которые отсутствуют в клетках человека и, таким образом, можно создавать препараты высокотоксичные для паразитов, и как можно менее токсичные для человека.

Биохимию и генетику паразитов невозможно изучать как отдельную отрасль биологии, поскольку паразиты это не филогенетическая, а экологическая группа. Они не связаны близким родством. Биохимия протистов и паразитических червей будет сильно отличаться, как и биохимия разных червей или протистов разных типов. Тем не менее, можно выделить общие или особенно важные черты.

Все паразиты, как и не паразиты, будучи гетеротрофами, нуждаются в том, чтобы преобразовывать получаемые ими органические макромолекулы в их собственные молекулы. Им нужна энергия для химического синтеза, роста, двигательной активности, дифференциации и размножения. Паразитам, в общем, свойственны более быстрые рост и размножение, чем свободноживущим животным, что требует от них особенно эффективных механизмов производства энергии. Они также нуждаются в постоянной защите от иммунной системы хозяина, что также требует энергетических затрат.

 

Энергетический метаболизм, это все процессы, протекающие в клетках, связанные с синтезом АТФ или других энергие-консервирующих молекул. Энергетический метаболизм чрезвычайно важен для паразитов, потому что при переходе из хозяина в хозяина, при столкновении с иммунной системой, паразит оказывается в экстремальных условиях, граничащих с возможностью выживания.

Энергетический метаболизм складывается из двух этапов: в цитоплазме клетки проходит гликолиз, который у различных организмов включает разное количество этапов. Гликолиз может быть анаэробным и аэробным. В первом случае синтезируется 2 молекулы АТФ и образуется молочная кислота. При аэробном гликолизе синтезируется 10 молекул АТФ и образуется пируват. Пируват в дальнейшем у млекопитающих превращается в ацетил-КоА, который поступает в митохондрии, и, в их матриксе, вступает в цикл Кребса, в котором органические молекулы распадаются до углекислого газа и воды, а высвободившиеся электроны и атомы водорода восстанавливают НАД, который затем окисляется в электрон-транспортной цепи в мембранах митохондрий. Суммарно на всех этапах при окислении 1 молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ.

 

В качестве запасных веществ у паразитов, так же, как у свободноживущих, выступают углеводы, однако их количество может быть различным. У трихомонад и паразитических амеб гликоген занимает до 30% сухого веса. В то же время у трипаносом, малярийного плазмодия и многих других кровяных паразитов гликогена в клетках почти нет. Это связано с тем, что кровяные паразиты обитают в среде с постоянным высоким содержанием глюкозы, в связи с чем у них нет необходимости специально синтезировать собственные запасные вещества.

Гельминты также обычно запасают гликоген. Обычно в телах аскарид содержится до 10% гликогена. Некоторые круглые черви также запасают в клетках дисахарид трегалозу. Например, в тканях трихинеллы на личиночной стадии содержится до 3% трегалозы.

Глюкоза также обычный энергетический субстрат у паразитов. Она обычно не запасается, а активно транспортируется из окружающей среды и утилизируется паразитом. Транспорт глюкозы хозяина сквозь собственную клеточную мембрану обычен у амеб и кровяных протистов. Однако он встречается и у многоклеточных. У цестод и нематод существует механизм, отвечающий за активный транспорт глюкозы через покровы. У трематод возможность и объемы такого транспорта сильно зависят от их локализации в теле хозяина. Например, печеночный сосальщик поглощает мало глюкозы из окружающей среды, потому что ткани печени и, особенно, содержимое протоков, в которых он паразитирует, бедны глюкозой. В то же время, у трех видов сосальщиков рыб из рода Proterometra наличие системы транспорта глюкозы прямо коррелирует с наличием глюкозы в их окружении. У тех видов, что живут в среде, где есть некоторое количество глюкозы, есть хорошо развитые глюкозо-транспортные системы. У этих видов глюкоза, полученная из окружающей среды, составляет значительную долю внутриклеточного вещества и в дальнейшем превращается в их собственные запасные полисахариды.

Ни у паразитических протистов, ни у взрослых червей жир не используется в качестве запасного вещества. Все паразиты, за исключением некоторых личиночных стадий нематод, не имеют липаз.

Паразитические простейшие представляют собой крупную парафилетическую группу. Многие из них адаптированы более чем к одному хозяину, причем эти хозяева часто очень удаленные в эволюционном отношении животные – млекопитающие и насекомые. Соответственно, в хозяевах с настолько различающейся биохимией и физиологией, метаболизм паразита также должен значительно различаться, причем должен существовать механизм быстрого переключения метаболизма сразу после трансмиссии паразита. В связи с этим у паразитических протистов часто существует несколько типов метаболизма, реализующихся последовательно.

Кровяные паразиты, это малярийный плазмодиум, трипаносомы, а так же лямблии, энтамебы и трихомонады, как уже было сказано, используют в качестве энергетического субстрата глюкозу. В связи с этим гликолиз – их основной катаболический путь. У трипаносом и лейшманий стадии, развивающиеся в насекомых, могут также частично окислять жиры и аминокислоты в цикле Кребса. Для того чтобы обеспечить высокую скорость прохождения реакций и высокий выход энергетических молекул, у паразитических протистов есть специализированные органеллы – гликосомы, содержащие необходимые ферменты, что позволяет им осуществлять так называемый аэробный гликолиз. Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. При аэробном гликолизе глюкоза окисляется до пирувата, а не лактата, как при анаэробном гликолизе. В дальнейшем пируват направляется в цикл Кребса, локализованный в митохондриях. Гликосомы, это одномембранные органеллы, в которых находятся ферменты аэробного гликолиза в очень высоких концентрациях. Глюкоза входит в гликосому и очень быстро превращается в триглицеролфосфат и 3-фосфоглицерат. 3-фосфоглицерат выходит в цитоплазму клетки и там превращается в пируват. Триглицеролфосфат сразу направляется в митохондрию, где превращается в дигидроксиацетонфосфат, после чего возвращается в гликосому, а его электрон транспортируется по электрон-транспортной цепи.

Это быстрый способ окисления глюкозы. В итоге аэробного гликолиза многоклеточные получают 8 молекул АТФ при окислении глюкозы до пирувата, а паразитические протисты только 2. Это с вязано с отсутствием необходимости для кровяных паразитов извлекать из субстрата максимально возможное количество энергии, потому что среда, в которой они обитают, богата субстратом.

Гликосомы – это специфические органеллы кинетопластид. Другой особенностью энергетического обмена кинетопластид являются их особые митохондрии – кинетопласты. Эти митохондрии единичные, но очень крупные, причем их форма меняется на каждой стадии жизненного цикла. В длинных, вытянутых кровяных формах трипаносом митохондрии выполняют функцию окисления глицеролфосфата. У поздних кровяных форм митохондрии становятся разветвленными, приобретают выраженные кристы и дополнительно окисляют пируват. После попадания в насекомое, паразиты трансформируются в округлые клетки и мигрируют в слюнные железы переносчика. Их митохондрии становятся очень разветвленными, с большим количеством крист, и с этого момента в них осуществляется полный цикл Кребса, причем в нем могут окисляться аминокислоты из гемолимфы насекомых. (Количество глюкозы в гемолимфе значительно ниже, чем в крови позвоночных).

Интересный пример метаболической адаптации у Protozoa, это гидрогеносомы трихомонад. Трихомонады классифицируются как аэротолерантные анаэробы. Вместо митохондрий у них есть внутриклеточные органеллы – гидрогеносомы. Гидрогенсомы имеют двойную мембрану, но лишены цитохромов и не имеют собственной ДНК. Их функция заключается в продукции молекулярного водорода. Считается, что гидрогеносомы могут иметь симбиотическое происхождение и происходят от организмов, подобных клостридиям. Гликоген, основное запасное вещество трихомонад, гидролизуется до пирувата и малата, которые проникают в гидрогеносому, внутри которых осуществляется серия редокс-реакций, в результате которых продуцируется молекулярный водород и АТФ. Если в среде присутствует кислород, он выступает как акцептор электронов и водород не продуцируется. Окисленный кислород немедленно восстанавливается в цитоплазме при помощи НАДФ-Н оксидазы.

Считается, что гидрогеносомы необходимы анаэробным трихомонадам для того, чтобы их чувствительные ферментные системы, заключенные в гидрогеносомах, не разрушались от контакта с кислородом.

Также как и трихомонады, ни энтамебы, ни жиардии не имеют митохондрий, но также они не имеют других специальных органелл для энергетического обмена. Многие аспекты их метаболизма остаются примитивными. Entamoeba, например, не имеет ядра, нормальных рибосом, микротрубочек, настоящего аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума. И энтамебы, и жиардии имеют симбиотических бактерий, чьи ферментные системы участвуют в их метаболизме.

Entamoeba – аэротолерантный анаэроб. Их основной дыхательный субстрат – глюкоза, которая может превращаться в гликоген или катаболизироваться в этанол и углекислый газ анаэробно. В аэробных условиях также продуцируется ацетат. Катаболизм Жиардии очень похож. Они также не имеют цикла Кребса, и лучше всего растут при низком парциальном давлении кислорода.

Паразитические черви утилизируют глюкозу как дыхательный субстрат. При культивировании in-vitro плоские черви способны извлечь почти всю глюкозу, содержащуюся в субстрате. Они имеют активные транспортные системы, сродство которых к молекулам глюкозы очень высоко. В цитоплазме их клеток глюкоза быстро катаболизируется до фосфоенолпирувата (ФЕП). Дальнейшая судьба фосфоенолпирувата различна в разных группах червей, причем предсказать, как именно будет катаболизироваться ФЕП в конкретной таксономической группе – невозможно.

Многие шистосомы и некоторые лейшмании получают большую часть энергии от энаэробного обмена, очевидно, по пути превращения ФЕП в лактат, после чего лактат экскретируется. Активность цикла Кребса у этих паразитов очень низкая.

Ни у кого из паразитических гельминтов цикл Кребса не активен также, как у млекопитающих. Если даже у паразита есть все ферменты, для того чтобы цикл был полным, его активность низкая. Часто ключевые ферменты цикла отсутствуют или присутствуют в очень малых количествах. Причем не выявлено закономерностей, какие именно ферменты цикла исчезают. Всегда есть ферменты, отвечающие за превращение ФЕП в малат. Малат затем направляется в электрон-транспортную цепь.

У личиночных стадий трематод цикл Кребса достаточно активен. После внедрения в хозяина, через 2 недели, они теряют многие ферменты цикла и, примерно через 2 месяца, переходят на почти полностью анаэробный катаболизм.

 

Конечные продукты метаболизма у червей включают этанол, лактат, сукцинат, ацетат и жирные кислоты. Интересно, что размер нематод коррелирует с типом их метаболизма, точнее, чем толще паразит, тем меньше его способность к аэробному обмену. Это, разумеется, связано со сложной диффузией кислорода вглубь тканей паразита, в условиях, когда парциальное давление кислорода низкое.

Жиры

Все паразиты содержат жиры в различных количествах. Не существует какой-то выраженной зависимости профиля липидов от типа паразитов, однако известно, что у кишечных паразитов содержание липидов примерно такое же, как и у их хозяев. Количество липидов в тканях паразитов сильно зависит от диеты хозяев. Однако часто у паразитов находят жиры, свойственные не пищи хозяина, а конститутивные жирные кислоты хозяев. Например, акулы синтезируют полиненасыщенные жирные кислоты с 20 атомами углерода в цепочке. Эти жирные кислоты важны для них, потому что акулы заплывают в воды с низкой температурой воды, а полиненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую температуру плавления. Точно такие же кислоты были найдены у их плоских червей.

У протистов содержание жиров колеблется от 10 до 20 % сухого веса, а у червей гораздо шире – от 1 до 34 %. Обычное количество молекул углерода в цепочках жирных кислот паразитов 16–18. Функция их такая же, как и у других организмов – в основном участие в образовании клеточных и внутриклеточных мембран. Однако есть и отличия. Во-первых, жиры у паразитов не используется в качестве запасного вещества. Во-вторых, состав мембран паразитов отличается от мембран их хозяев: в них меньше холестерола и фосфатедилсерана, но больше неэтерифицированных жирных кислот. Кроме того, многие паразиты образуют внешние мембраны, предназначенные для защиты от иммунной системы хозяина. Например, Schistosoma mansoni выделяет богатую липидами двуслойную внешнюю мембрану через несколько дней после внедрения в хозяина. Эта мембрана имеет важную функцию для выживания паразита, поскольку обеспечивает границу между паразитом и организмом хозяина.

Никто из паразитов не способен синтезировать длинные цепочки жирных кислот из коротких предшественников.

Белки и аминокислоты

Все паразиты самостоятельно синтезируют аминокислоты. Многие, тем не менее, используют аминокислоты своих хозяев. Тем не менее, в этом отношении паразиты не отличаются от свободноживущих организмов.

 

Генетика паразитов

Размер геномов паразитов варьирует в широких пределах – от 10 до 5000 Мб.

Геномы протистов обычно меньше, чем многоклеточных, и организованы во много мелких хромосом. Нематоды обычно имеют геном размером приблизительно в 100 Мб, хотя есть нематоды с гораздо меньшим (50 Мб) геномом. У аскарид геном существенно больше – 5000 Мб. Число хромосом у нематод в среднем от 5 до 20, однако, есть несколько видов, чей кариотип превышает 100 хромосом. Для некоторых аскарид характерно такое явление, как хромосомная деструкция. У этих аскарид в соматических клетках все хромосомы фрагментированы. Количество фрагментов может достигать многих тысяч. Эти фрагментированные хромосомы, однако, способны выполнять транскрипционную функцию. Только в генеративных клетках у них содержится нормальное число хромосом, типичное для вида.

Плоские черви чаще всего имеют 50 хромосом, их геном содержит приблизительно 300 Мб.

Паразитические членистоногие имеют геном с размером приблизительно 200­–800 Мб.

 

Экспрессия генов, это фенотипическое проявление генотипа. Под экспрессией генов понимают то, какие именно гены считываются для синтеза белков в конкретном организме или конкретных клетках в каждый момент времени или на каждом этапе развития. В клетках никогда не считываются все гены одновременно. Каждая специализированная клетка экспрессирует лишь те гены, которые необходимы для поддержания ее целостности и осуществления специфической функции. В клетках с разными функциями, но идентичным геномом будут экспрессироваться разные гены на всем протяжении клеточной жизни. Регуляцией экспрессии называют переключение синтеза мРНК с одних генов на другие, а также усиление, ослабление или прекращение этого синтеза.

Метаболическое переключение, с необходимостью которого сталкиваются многие паразиты со сложными жизненными циклами, обеспечивается изменениями в экспрессии генов.

Африканская трипаносома демонстрирует редкие способности по изменениям в экспрессии генов. Опасность заражения трипаносомой заключается в том, что иммунная система человека не в состоянии справиться с паразитарным агентом. Трипаносомы беспрепятственно размножаются, проникают в нервную систему, вызывают тяжелейшие поражения и, без специального сложного лечения, приводят к смерти. Происходит это так, как будто организм больного не оказывает паразиту никакого сопротивления. Все дело в том, что трипаносома выработала систему, которая позволяет ей ускользать от действия иммунной системы млекопитающего сколь угодно долго.

Африканские трипаносомы имеют сложный жизненный цикл, включающий фазы в мухе цеце, которая является их вектором, и млекопитающем. Иммунная система млекопитающего работает следующим образом:

Встретившись с новым чужеродным агентом, иммунная система создает антитела, которые обладают химическим сродством к молекулам (обычно белкам) чужеродного агента (антигенам). Антитела связываются с антигеном, таким образом помечая агента для макрофагов. После этого фагоцитирующие клетки способны захватывать паразита, уничтожая его. Клетки трипаносом покрыты множеством специфических молекул гликопротеинов, называемых VSG. Именно эти молекулы использует иммунная система хозяина, чтобы опознать паразита. После распознавания требуется некоторое время для того, чтобы развился иммунный ответ и выработались специфические антитела. Проблема в том, что к тому моменту, как это происходит, трипаносома сбрасывает все молекулы VSG и синтезирует новые, с другой антигенной структурой.

В клетках трипаносомы присутствует не менее 1000 генов, кодирующих разные VSG, а также могут происходить перестройки ДНК, которые обеспечивают альтернативную экспрессию то одного, то другого гликопротеина. Любая клетка трипаносомы в каждый данный момент времени продуцирует только один из вариантов VSG. Поверхность клетки покрывают от 5 до 10 миллионов молекул VSG, которые предотвращают контакт иммунной системы организма хозяина со всеми остальными белками трипаносомы, которые были бы расценены ею как чужеродные. Таким образом, каждый раз, прежде чем хозяйский организм успевает выработать эффективный иммунный ответ против данного варианта VSG-антигена, экспрессированного на поверхности потомства инфицирующей клетки трипаносомы, в индивидуальной паразитарной клетке происходит переключение на продукцию нового варианта VSG. Таким образом, в ходе инфекции реализуется переключение на все новые отличные варианты VSG с частотой, достаточной, чтобы противостоять очередным попыткам хозяина выработать эффективный иммунный ответ.

В клетках насекомого трипаносома не продуцирует VSG, она имеет другие поверхностные молекулы – проциклин, потому что иммунная система мухи малосовершенна и действует иначе.

 

Следует отметить, что во многих случаях тяжесть развивающегося паразитарного заболевания определяется не непосредственным вредом, наносимым паразитом организму хозяина, а реакцией организма на вторжение паразита.

Чувствительность – физиологический статус хозяина, при котором он не способен элиминировать паразита до того, как он локализуется и приступит к размножению.

Устойчивость – физиологический статус хозяина, который препятствует внедрению, локализации и жизни паразита.

Инфекционность – способность паразита внедряться, локализовать и размножаться в хозяине

Врожденный иммунитет – способность организма обезвреживать чужеродный и потенциально опасный биоматериал, существующая изначально, до первого попадания этого биоматериала в организм (к свиной аскариде у человека).

Адаптивный/приобретенный иммунитет – способность организма обезвреживать чужеродные и потенциально опасные организмы, которые уже попадали в организм ранее. Представляет собой результат работы системы высокоспециализированных клеток (к малярийному плазмодию).

Нестерильный иммунитет – иммунитет, обусловленный наличием в организме живого инфекционного агента и утрачиваемый при удалении последнего (к некоторым гельминтам).

Сопутствующий иммунитет – иммунитет, препятствующий дополнительному заражению новыми паразитами при сохранении существующего заражения (к шистосомам).

Реакция организма хозяина на внедрение паразитарного агента может быть одной из наиболее тяжелых и опасных составляющих паразитарной инфекции, поскольку иммунный ответ всегда сопровождается воспалительной реакцией, более или менее сильной. Триггерами для запуска воспалительной реакции может быть не только сам паразит, но и выделяемые им токсины, а также компоненты разрушенных паразитом клеток.

Наиболее удобным примерном для описания названных процессов является малярийный плазмодий. Малярию вызывает 4 вида плазмодиев, переносимых более чем 60 видами комаров. Распространена болезнь в Африке, но, кроме того, в обеих Америках, Индии и ближнем Востоке и во всей тропической зоне планеты. Паразиты внедряются в эритроциты, где размножаются множественным делением, после чего покидают эритроцит, разрушая его, и внедряются в новые.

Репродуктивный цикл плазмодиев синхронизирован. Когда множество мерозоитов одновременно выходят из эритроцитов, в кровь попадает большое количество продуктов разрушения клеток. На появление в крови продуктов лизиса клеток организм хозяина отвечает производством большого количества Фактора Некроза Опухолей и других провоспалительных цитокинов. Выброс сразу большого количества провоспалительных цитокинов приводит к резкому повышению температуры, лихорадке и проявлению остальных симптомов малярии. Как таковых токсинов или еще каких-то ядовитых агентов в кровь человека паразит не выделяет. Выделяется хемозин – продукт переваривания гемоглобина, который можно было бы считать токсином, он поглощается фагоцитами, но не переваривается. Собственно вред связан только с разрушением эритроцитов и ухудшением снабжения тканей кислородом. Через некоторое время циклы деления в клетках человека прекращаются, и обязательно происходит самовыздоровление. Однако до наступления этого времени сильнейший ответ иммунной системы хозяина, запускаемый по каскадному механизму, способен убить больного.

Trypanosoma cruzi, вызывающая в латинской Америке болезнь Шагаса, переносится клопами, в организме которых трипаносома может персистировать годами. В клетках гладкой и сердечной мускулатуры млекопитающих трипаносома образует большие скопления, так называемой, цитной формы. В этих скоплениях она сохраняется многие годы. Со временем трипаносомы в клетках человека деградируют. Сначала часть их антигенов оказывается на поверхности миоцитов, а затем, при деградации трипаносом, миоциты уходят в апоптоз. Апоптоз привлекает иммунокомпетентные клетки, которые фагоцитируют апоптозные тельца и, в том числе, остатки трипаносом. Затем макрофаги, которые являются антиген-презентирующими клетками, презентируют лимфоцитам как антигены трипаносом, так и связанные с ними антигены миоцитов. В результате развивается хронический цитотоксический иммунный ответ, направленный против собственных кардиомиоцитов.

Другие примеры. Кровяные шистосомы – трематоды, паразитирующие в моллюсках и человеке, причем церкарии шистосом внедряются непосредственно через кожу зашедшего в воду человека. Шистосомы откладывают множество яиц, которые током крови заносятся в печень человека. Там они аккумулируются, распознаются клетками иммунной системы и вызывают хроническую воспалительную реакцию. Со временем воспаление в печени приводит к потере ее функции и циррозу. Цирроз, в свою очередь, приводит к смерти.

Взрослые филярии рода Onchocerca живут в подкожной клетчатке человека. Личинки мигрируют во все ткани и, со временем, заселяют глазное яблоко человека, включая роговицу. Каждая дегенерирующая особь личиночной стадии паразита провоцирует воспаление в глазу, которое со временем приводит к склерозирующему кератиту и другим дегенеративным изменениям. В итоге развивается прогрессирующее аутоиммунное разрушение глаз, вызванных паразитом.

 

Иммунный ответ, который развивается при вирусных, бактериальных и паразитарных инфекциях существенно различается. Во-первых, паразиты, в том числе простисты, значительно крупнее и поэтому несут гораздо больше антигенов. Во-вторых, срок жизни у паразитов, особенно червей, может быть большим, и поэтому иммунный ответ несет хронический характер. Кроме того, в хозяине часто живут несколько последовательных жизненных стадий паразита, различающихся антигенно, что также усложняет картину развивающегося иммунного ответа. Поскольку иммунный ответ может убить самого паразита или его хозяина, паразит в любом случае заинтересован в угнетении иммунного ответа хозяина.

За длительную эволюцию паразиты выработали массу адаптаций не только для того, чтобы ускользать от иммунного ответа, как это делают трипаносомы, но и для того, чтобы угнетать развивающееся воспаление. Кроме такого рода защиты, паразиты используют и другие стратегии. Например, место нахождения паразита может обеспечить некоторую защиту против иммунной системы хозяина. Просвет кишечника, например, является одним из таких сайтов. Несмотря на то, что IgA секретируется в кишечник, IgA не особенно эффективен против червей, а дополнительных фагоцираных клеток в кишечнике нет. Тем не менее, нематоды крыс Nippostrongylus braziliensis уничтожаются иммунной системой, поскольку вызывают воспаление эпителия кишки. В результате длительного воспаления слизистая оболочка становится проницаемой, и через нее проходит IgG и иммунокомпетентные клетки. Другие кишечные паразиты, которые не вызывают воспаления слизистой, живут в кишечнике крысы долго.

Многие паразиты, такие как тканевые личинки ленточных червей, вызывают в тканях формирование вокруг них кистозной мембраны, которая в дальнейшем защищает их от иммунной системы. Внутриклеточные паразиты экранируются от иммунной системы мембраной клетки-хозяина. Эффективность такого экранирования зависит от того, будут ли экспрессироваться антигены паразита на мембране клетки-хозяина. Известно, что клетки печени человека, зараженные малярийным плазмодием, для иммунной системы ничем не отличаются от здоровых клеток. Именно поэтому малярия на ранних стадиях проходит бессимптомно.

5

Физиология паразитов

 

Паразиты обладают уникальной физиологией, что, как уже говорилось, связано с обитанием в крайне враждебной среде, а так же с необходимостью проходить через внешнюю среду и менять хозяев. Все перемены, происходящие в средовом окружении паразита, происходят внезапно и требуют колоссальных адаптивных возможностей.

 

Пассивная ередача паразитов

Эндопаразиты:

У многих эндопаразитов некоторые стадии развития проходят через внешнюю среду, обычно это яйца, цисты и личинки. Эти стадии обычно короткие, однако они требуют приспособлений, предотвращающих гибель эндопаразитов в кислородной низкотемпературной среде. Передача эндопаразитов может осуществляться тремя путями:

1. Хозяин может заглатывать цисты, яйца или личинок паразитов, либо промежуточных хозяев, содержащий инвазионные стадии паразита

2. Паразит может вводиться в кровь или ткани хозяина в результате прокалывания покровов паразитическими хозяевами-векторами

3. Паразит может активно внедряться в тело хозяина через естественные отверстия или прогрызая ходы в покровах

Эктопаразиты:

1. Активно находят хозяина (летающие)
2. Паразит может переходить на нового хозяина при контакте хозяев того же или разных видов (вши, блохи, кожные клещи)
3. Паразит может использовать «поджидающую тактику» и забираться на тело хозяина, когда он случайно оказывается в непосредственной (физической) близости (иксодовые клещи, блохи)

 

Цисты

Паразиты, обитающие в пищеварительном канале, такие как Entamoeba histolytica, Giardia duodenaljs и Balantidium coli, продуцируют цисты, которые выносятся из пищеварительного тракта во внешнюю среду с тем, чтобы случайным образом попасть в нового хозяина.

У гельминтов образование цист также встречается нередко. Например, у трематод цисты образуются метацеркариями как во внешней среде, так и в тканях промежуточных хозяев. Эти цисты имеют сложные оболочки и содержат гипобиотическую стадию паразита.

Несколько родов паразитических нематод тоже используют цисты для передачи от хозяина к хозяину, например, трихинелла образует цисты. Цисты гельминтов способны сохранять живых паразитов до 8 лет.

 

Яйца

Яйца гельминтов, это идеальная стадия для передачи, поскольку их оболочки способны противостоять условиям внешней среды длительное время. Яйцо фасциол содержит 30–40 желточных клеток и оплодотворенную яйцеклетку, окруженные белковой оболочкой. Фенолоксидазы производят сшивку отдельных молекул белка, что делает оболочку прочной. В дублении оболочки участвуют такие белки как склеротин, эластин, кератин. Желток также содержит белки, богатые дигедроксифенилаланином, тирозином, аспарагином, глицином, лизином и аргинином. Дигидроксифенилаланин совместно с белками, богатыми тирозином, придает вязкость и дополнительную прочность яйцу.

Яйцевые оболочки нематод отличаются от описанных. У них более сложная конструкция, и они содержат важные небелковые компоненты (хитин), которые придают ему прочность. Оболочка яиц у нематод трехслойная. Внутренний слой – липидный, средний – толстый хитиновый, внешний – белковый, по составу белков сходный с белками желтка.

 

 

Активная передача паразитов

Хемотаксис является важной составляющей поиска хозяина у эктопаразитов. Например, паразит камбалы Entobdella soleae выбирает кожу своего хозяина среди кусочков кожи других рыб.

Дигенеи имеют две стадии, активно разыскивающие хозяина – мирацидий и церкария. Мирацидий выходит из яйца в воде. Это подвижная короткоживущая стадия, задача которой разыскать и внедриться в подходящего моллюска. Церкария, это тоже короткоживущая стадия, которая покидает моллюска и активно внедряется в тело следующего хозяина, как шистосома, или инцистируются на прибрежной растительности, как фасциолы. Мирацидии имеют глазок и чувствительные папиллы, которые помогают мирацидию ориентироваться в воде. Мирацидий способен реагировать на такие стимулы внешней среды как свет, температура, глубина воды, гравитация, концентрация углекислого газа. Однако до сих пор не понятно, находит мирацидий моллюска благодаря хемотаксису, то есть по концентрации веществ, выделяемым телом моллюска (слизь, фекалии), или методом проб и ошибок.

Способность церкария внедряться в хозяина зависит от скорости течения воды. Например, шистосомы не способны прикрепиться к хозяину в подвижных водах. То есть одним из способов решения проблемы церкариозов может быть увеличение скорости течения, там, где это возможно.

У некоторых цестод есть свободная личиночная стадия – корацидий. Этот паразит выходит из яйца, попавшего в воду, и поедается веслоногим рачком. Затем осуществляется эстафетная передача паразита, и трансмиссия в данном случае не активный, а пассивный процесс.

Многие паразиты осуществляют активное проникновение в тело хозяина через его эпидермис. Мирацидий выделяет из специального органа – апикальной железы – комплекс любрикантов и литических ферментов. У шистосом проникновение сквозь кожу млекопитающего инициируется поверхностными липидами кожи хозяина. Церкария шистосомы реагирует на комплекс кожных липидов, начиная проникновение. Проникновение сопровождается отбрасыванием хвоста. Экспериментально ингибировать проникновение можно, если покрыть кожу хозяина эйкозаноидами или их аналогами, родственными простагландинами. Эйкозаноиды продуцируют не только организм хозяина, но и сами церкарии. Очевидно, что их высокая концентрация нарушает процесс узнавания хозяина у церкарий.

Проникновение нематод обеспечивается какими-то литическими ферментами, однако до сих пор этот процесс не изучен.

 

Для эндопаразитов, чье развитие происходит со сменой холоднокровных и теплокровных хозяев или с переходом из хозяина в хозяина через внешнюю среду, резкая смена температуры является проблемой, особенно при попадании в теплокровный организм. Эндопаразиты в ответ на температурные изменения синтезируют белки теплового шока в гораздо большем количестве, чем свободноживущие организмы. У шистосомы сразу после проникновения в тело млекопитающего количество белков теплового шока увеличивается до 1% от всего пула синтезируемых белков. Позже это соотношение сохраняется на протяжении всей жизни. HSP-белки позволяют паразитам выдержать как нормальную температуру тела теплокровного животного, так и повышение температуры при развивающемся иммунном ответе.