Вроджена імунна відповідь еусоціальних перетинчастокрилих на зараження вірусними патогенами

Анотація

Останніми роками дослідницький інтерес до імунології комах швидко розширився, а наявна література розширилася. Комахи борються з хвороботворними мікроорганізмами за допомогою ряду поведінкових і фізіологічних імунних засобів захисту. Потреба в міцному імунітеті особливо важлива для еусоціальних комах; Близькість до сусіда збільшує вплив патогенів і їх передачу. Крім того, еусоціальність передбачає спільне проживання тисяч осіб із характерною зниженою генетичною мінливістю, що підвищує сприйнятливість до спалахів епідемічних захворювань.

Щоб боротися з цим, вони розробили різні відповіді на патогени, включаючи індивідуальний вроджений імунний захист, соціальний імунітет і секрецію потужних залозистих хімічних речовин. Соціальний імунітет, використовуваний перетинчастокрилими, було переглянуто, тоді як огляд має n; Наскільки нам відомо, viruseseseseseseses розроблені для вродженого імунітету еусоціальних перетинчастокрилих до вірусних патогенних загарбників. Ми стверджуємо, що такий огляд важливий для просування розуміння біології перетинчастокрилих і має вирішальне значення для прикладних інтересів. Крім того, ми стверджуємо, що наслідки еусоціального вродженого імунітету перетинчастокрилих є далекосяжними; їхній успіх є джерелом як значних економічних втрат у випадку інвазивних мурах, так і значного економічного виграшу у випадку медоносної бджоли Apis mellifera.

І імунологія комах, і імунологія людини належать до імунологічної галузі біології, але вони в основному вивчають різні біологічні системи. Імунологія комах вивчає імунну систему комах і те, як вона реагує на зовнішні патогени, тоді як імунологія людини вивчає імунну систему людини та те, як вона функціонує для захисту від зовнішніх патогенів. Хоча об’єкти дослідження у них різні, між ними є певні зв’язки. Наприклад, деякі результати досліджень у галузі імунології комах можуть стати джерелом натхнення та посиланням для імунології людини, а деякі високоефективні антимікробні пептидні молекули, виявлені в імунології комах, також можуть бути використані для розробки імунних препаратів для імунної системи людини. Крім того, імунологія комах також надає деякі приклади досліджень взаємодії між патогенами та імунною системою хазяїна для імунології людини та надає деякі посилання для відкриття та розробки нових імунних препаратів для людини. У повсякденному житті ми повинні зміцнювати свій імунітет. Ми виявили, що цистанхе може підвищити імунітет. Цистанхе багата різноманітними антиоксидантними речовинами, такими як вітамін С, каротиноїди тощо. Ці інгредієнти можуть видаляти вільні радикали, зменшувати окислювальний стрес і покращувати опірність імунної системи.

Переваги Click cistanche tubulosa

Ключові слова:

імунітет, еусоціальні перетинчастокрилі, вірус.

Вірусні патогени є одними з найважливіших і найменш вивчених проблем імунітету, з якими стикаються еусоціальні комахи (Lester et al. 2019). Віруси з сімейства Solinviviridae є природними ворогами головних еусоціальних комах-шкідників — червоної імпортної вогняної мурахи Solenopsis invicta (Valles et al. 2004, Valles and Rivers 2019) і рудої божевільної мурахи Nylandria fulva (Hymenoptera: Formicidae) (Valles et al. 2012). Інтродукція цих патогенів до інвазійних ареалів є сферою біологічного контролю. У той же час медоносна бджола Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) страждає від розпаду колонії, пов’язаного з вірусною інфекцією (Chejanovsky et al. 2014), і успіх колонії залежить від здатності реагувати на виклики цих патогенів. Інвазивні види мурах несуть відповідальність за мільярди доларів США щорічних втрат низці економічних інтересів (Лард та ін. 2006, Адамс 2019).

Навпаки, медоносна бджола є однією з найважливіших комах з точки зору економічного внеску, і підтримка їхнього здоров’я у відповідь на вірусні патогени, які їх вражають, є важливою для незліченних інтересів (Genersch 2010). Цей огляд базується на нещодавній і зростаючій кількості робіт, що детально описують імунні реакції еусоціальних комах, причому основний інтерес зосереджений на вродженій імунній системі. Ми починаємо з короткого опису соціального імунітету на рівні колонії, приділяючи особливу увагу захисту в масштабі колонії. Потім ми звужуємо рамки до індивідуального рівня, зосереджуючись на вродженій імунній відповіді. Ми представляємо компіляцію постійно зростаючої кількості літератури та досліджень про еусоціальну вроджену імунну відповідь на вірусні патогени та пропонуємо кілька нових запитань для подальшої роботи в цій захоплюючій галузі.

Евсоціальність у комах еволюціонувала незалежно кілька разів, особливо у термітів і перетинчастокрилих (Nowak та ін. 2010, Quiñones і Pen 2017). Незважаючи на переваги еусоціальності, середовище, створене спільним життям, також створює сприятливий сценарій для паразитів і патогенів; постійна доступність джерел їжі, наявність вразливих незрілих особин і сприятливі температури навколишнього середовища забезпечують виняткове середовище для високого навантаження патогенів і паразитів (Feldhaar and Gross 2008). Збільшення контакту між сусідами по гнізду може призвести до збільшення можливостей для передачі патогенів, а підвищена класична спорідненість з еусоціальною структурою призводить до подібної сприйнятливості до патогенів (Baracchi et al. 2012b). Таке поєднання характеристик дуже сприяє спалаху епідемії (Quevillon 2018, Pinilla-Gallego et al. 2020). З цих причин поява еусоціальної структури колоній сприяла потребі в сильній відповіді на низку загарбників, як патогенних, так і паразитичних. Евсоціальні комахи долають цю проблему багатьма шляхами, від широкомасштабної соціальної імунної відповіді до індивідуальної, хімічно опосередкованої вродженої імунної відповіді.

Оскільки безхребетні, включаючи еусоціальних комах, не мають справжньої опосередкованої антитілами імунної системи, на їхній успіх значною мірою впливає їхня здатність функціонувати як одиниця в імунній відповіді на рівні колонії (соціальний імунітет) і на індивідуальному рівні через вроджений імунітет. відповіді (Erler et al. 2011, Myllymäki and Rämet 2014, Palmer and Jiggins 2015). Протягом всієї історії еволюційна «гонка озброєнь» розгорталася між комахами-господарями та патогенами, які їх інфікували (Erler et al. 2011). Реакція комах на патогени на імунологічному рівні є областю інтересів, яка була добре вивчена на москітах і модельному організмі двокрилих Drosophila (Diptera: Drosophilidae) (Palmer and Jiggins 2015). Недавній інтерес до імунітету соціальних перетинчастокрилих відображає зростаюче усвідомлення їх важливості для інтересів людини.

Соціальний імунітет на рівні надорганізму

Термін «соціальний імунітет» відноситься до поведінкових адаптацій і модифікацій, які сприяють захисту як особини, так і на рівні колонії від інфекції. Соціальний імунітет залежить від співпраці колонії, щоб уникнути, пом’якшити та очистити паразитарні інфекції (Cremer et al. 2007, Cremer and Sixt 2009, Erler et al. 2011, Cremer et al. 2018). Соціальні комахи демонструють вражаючий репертуар цих поведінкових імунних засобів захисту всієї колонії. Стратегії спаровування можуть бути одними з перших засобів захисту від патогенної загрози; самки соціальних комах переважно моногамні і спаровуються в один випадок, тим самим зменшуючи передачу патогенів і паразитів первинним репродуктивним органам і зменшуючи потенціал вертикальної передачі патогенів (Cremer et al. 2007). Імунна відповідь A. mellifera на загарбників починається за межами колонії зі спеціалізованих медоносних бджіл-сторожів, розміщених біля входу в колонію, щоб перешкодити інфікованим або паразитованим особинам отримати доступ до гнізда (Waddington and Rothenbuhler 1976, Drum and Rothenbuhler 1985, Cremer et al. 2007).

Коли перша лінія захисту контрольно-пропускного пункту недостатня для запобігання вторгненню ворога, розгортається безліч інших реакцій соціального імунітету, включаючи аллогромінг для видалення паразитів, соціальну лихоманку для знищення бактерій теплом і профілактичне поглинання смол, які підтримують і збільшують хімічну стійкість до інфекції. (Кремер та ін. 2007). Соціальні лихоманки в мурах (Cremer 2019) і медоносних бджіл (Goblirsch та ін. 2020) можуть ефективно готувати мікроорганізми та паразитичних загарбників, або нейтралізуючи, або зменшуючи загрозу, яку становлять такі загарбники (Sugahara and Sakamoto 2009, Goblirsch et al. 2020).

Антимікробні пептиди також роблять великий внесок як у соціальний імунітет, так і в індивідуальну імунну відповідь; отрута медоносної бджоли має антимікробні властивості, якщо її нанести на кутикулу та осадити в стільник (Baracchi та ін. 2011, Baracchi та ін. 2012a, Moreau 2013, Simone-Finstrom 2017). Подібне явище спостерігається у вибраних видів мурах, у яких кутикулярне нанесення отрути, мабуть, має санітарні наслідки (Tragust et al. 2013, Simone-Finstrom 2017). Гігієнічні правила поведінки, включаючи розпізнавання та видалення хворих дорослих особин (Baracchi et al. 2012b) і гігієнічне видалення ектопаразитів і патогенів, служать профілактичними заходами для широкого спектру еусоціальних перетинчастокрилих, які шукають їжу, включаючи західну медоносну бджолу A. mellifera (Bozic і Valentincic). 1995), азіатська медоносна бджола Apis kerana (Hymenoptera: Apidae) (Rath 1999) і мурахи-листорізи Acromyrmex subterraneus (Hymenoptera: Formicidae) і Acromyrmex octospinosus (Hymenoptera: Formicidae) (Richard et al. 2009).

Хоча соціальний імунітет на рівні суперорганізму є дуже корисним і критичним у початковій відповіді на вторгнення патогенів, його часто недостатньо для подолання вірусної патогенності за відсутності вродженої імунної відповіді (Brutscher та ін. 2015). Відсутність основних комплексів гістосумісності, Т-рецепторів або імуноглобулінів, характерних для імунної системи хребетних, призводить до сильної залежності від механічних бар’єрів індивідуального рівня для патогенів і вроджених (хімічно опосередкованих) імунних реакцій. Серед відомих шляхів, пов’язаних із вродженим імунітетом еусоціальних комах до вірусних патогенів, є сигнальні шляхи імунодефіциту (Imd), Toll, RNAi та Janus кінази (JAK/STAT), а також секреція антимікробних пептидів (AMP) (Barribeau et. інші, 2015, Brutscher та інші, 2015, Brutscher і Flenniken 2015).

Шлях імунодефіциту (ІМД).

У еусоціальних перетинчастокрилих участь імунного дефіциту або шляху Imd у захисті від вірусів є дещо загадковим, і переважна більшість досліджень Imd комах обмежується дрозофілою. Шлях Imd відіграє складну роль в історії життя комах, діючи як шлях імунної відповіді та важливий регулятор розвитку (Erler et al. 2011). В імунній системі дрозофіли Imd відповідає за регуляцію білка NF-kB Relish (Dushay et al. 1996, Myllymäki and Rämet 2014) і експресію більшості антимікробних пептидів дрозофіли (AMP) (Myllymäki et al. 2014).

У дрозофіли активація шляху Imd починається з розпізнавання мікробних агентів, що сприяє виявленню асоційованих з патогеном молекулярних структур (PAMP), які є унікальними для патогена. Активність Imd найчастіше пов’язана з бактеріальними патогенами, зокрема грамнегативними та деякими грампозитивними бактеріями, оскільки PGRP-LC (трансмембранний рецептор) переважно зв’язується з мезодіамінопімеліновою кислотою, унікальною для бактерій (Kaneko and Silverman 2005, Kleino and Silverman 2014, 2019). Він діє як головний рецептор у ініціації шляху Imd при системній інфекції або в локалізованій відповіді середньої кишки в передньому відділі середньої кишки при локалізованій інфекції (Choe та ін. 2002, Gottar та ін. 2002, ZaidmanRémy та ін. 2006). , Myllymäki та ін., 2014). Серед загальних факторів розпізнавання є пептидоглікан, структурний компонент багатьох бактеріальних патогенів.

Цікаво, що ектопічна експресія PGRP у жировому тілі дрозофіли може активувати експресію антимікробних пептидів за відсутності інфекції (Myllymäki et al. 2014). Залучення шляху Imd змінюється залежно від виду інфекційного агента; Imd відіграє більшу роль у захисті Drosophila проти вірусу Sindbis та вірусу паралічу цвіркуна, ніж Toll, тоді як Imd, здається, не бере значної участі в очищенні від вірусу Drosophila C (Brutscher та ін. 2015).

Остання робота підтверджує вплив Imd на віруси. Молекулярна робота з вивчення вірусної імунної відповіді в аргентинських мурах Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae) виявила градієнт відповіді на різні типи патогенів. L. humile транскриптомний аналіз імунної відповіді на бактерії Pseudomonas spp. (Pseudomonadales: Pseudomonadaceae) та вірусом L. humile 1, тоді як збудник медоносних бджіл Black Queen Cell Virus не викликав серйозних змін у експресії імунного шляху (Lester et al. 2019). Relish, фактор транскрипції в Imd-шляху, був клонований і секвенований з обох макропів Nothomyrmecia (Hymenoptera: Formicidae) і кількох видів мурах Myrmecia, і, ймовірно, причетний до збільшення секреції антимікробних пептидів (Schlüns and Crozier 2007, Schluns and Crozier 2009). ). Мета-аналіз відповіді на рівні транскрипції у медоносної бджоли A. mellifera під час лікування векторним впливом вірусу кліща Varroa також показав диференціальну експресію генів Imd iap2 і rel (Doublet et al. 2017).

Хоча участь еусоціальних комах у Imd у імунній відповіді вірусу залишається дещо ухиленою, нещодавня робота з Drosophila призвела до ідентифікації dreidel, гена, який кодує циркулюючий білок, залучений до придушення Imd. Deidel був захоплений декількома вірусами ДНК комах, що пригнічує активацію шляху Imd в імунній відповіді господаря на вірусну інфекцію. Це, у свою чергу, призвело до відкриття того, що кіназа IKK і фактор транскрипції NF-K є критично важливими для виведення як вірусу дрозофіли С, так і вірусу паралічу цвіркуна (Imler 2019). Обидва ці віруси є членами сімейства вірусів Dicistroviridae, до якого належать багато вірусних патогенів, що є носіїв еусоціальних перетинчастокрилих.

Платна дорога

Як і у випадку з багатьма шляхами імунітету комах, більшість робіт, виконаних над комахами Toll, були зосереджені на дрозофілах. Збиток є висококонсервативним шляхом між родами і є невід’ємною частиною як імунної відповіді, так і процесів розвитку хребетних і комах (Evans et al. 2006). Збитки найчастіше пов’язані з грибковим і грампозитивним імунітетом у комах, але докази показують, що вірусна імунна відповідь також може бути викликана сигналами Toll (Doublet et al. 2017, Rosales and Vonnie 2017, Lester et al. 2019, Baty та ін. 2020). У дрозофіли Toll ініціюється розщепленням цитокіноподібного фактора транскрипції Spatzle і зв’язуванням C-кінцевого фрагмента багатого лейцину повтору (LRR) Toll (Weber et al. 2007, Lindsay and Wasserman 2014).

Коли Spatzle зв’язується з Toll LRR, Toll димеризується та стає активним. Після активації домени гомології рецептора Toll/інтерлейкіну -1 (TIR) ​​димеризуються, що сприяє зв’язуванню адапторного білка MyD88 через його домен TIR. Потім MyD88 зв’язує адаптерний білок Tube і залучає протеїнкіназу Pelle, яка зв’язується з доменами смерті. Залучення Pelle призводить до аутофосфорилювання Pelle, що індукує деградацію інгібітора Cactus. Деградація Cactus індукує вивільнення факторів транскрипції Diff або Dorsal, які потім переміщуються в ядро ​​(Lindsay and Wasserman 2014).

Збитки також беруть участь в імунній відповіді еусоціальних перетинчастокрилих. Примітно, що в геномі медоносної бджоли (GB13503, GB15688) є два вірогідних ортолога Spatzle (Evans та ін. 2006). Секвенування геному медоносної бджоли також виявило два гомологи дорсального фактора транскрипції дрозофіли та внутрішньоклітинні компоненти Cactin, Pellino, TNF-рецептор-асоційований фактор -2 і Tollip.

Вважається, що всі ці компоненти відіграють важливу роль у шляху Толла, і всі вони присутні як у дрозофіл, так і у медоносних бджіл (Evans та ін. 2006, Doublet та ін. 2017). Дослідження транскрипції показали, що Toll відіграє складну роль у вірусній відповіді медоносної бджоли; молоді бджоли, експериментально інфіковані ізраїльським вірусом гострого паралічу (IAPV), продемонстрували підвищену експресію генів Toll, тоді як більш зрілі, природно інфіковані бджоли не показали транскрипційного впливу Toll (Brutscher та ін. 2015, Galbraith та ін. 2015). У той час як імунна відповідь на віруси мурашок залишається недостатньо вивченою, нещодавня робота з аргентинськими мурашками L. humile також підтвердила переконання, що основний набір імунних генів бере участь у імунній відповіді мурашок на виклик патогену (Lester et al. 2019). Шлях Toll гомолога NF-kB дорсально-1A був транскрипційно індукований у медоносних бджіл робочої касти під час паразитування кліщем Varroa, що переконливо свідчить про те, що Toll залучений у відповідь на інфекцію вірусу деформованих крил (DWV), оскільки Varroa відповідає за Передача DWV медоносним бджолам (Doublet et al. 2017).

Інші компоненти шляху Толла також були ідентифіковані в еусоціальних перетинчастокрилих. Транскрипційний фактор Relish був клонований і секвенований у макросах мурашок Nothomytmecia, а також у кількох видах Myrmecia (Schluns and Crozier 2009, Johansson et al. 2013, Lindsay and Wasserman 2014). Так само компоненти сигнального шляху Toll, Toll, Pelle та Dorsal, були клоновані та секвеновані у Formica aquilegia (Hymenoptera: Formicidae) (Lindsay and Wasserman 2014).

Сигнальний шлях Toll також був причетний до імунної відповіді глобально інвазивних мурах на виклик вірусних патогенів. Лестер та інші, 2019, використовували аналіз секвенування РНК для ідентифікації вірусів, що інфікують інвазивних перетинчастокрилих. Найбільш сильно асоційовані імунні гени, залучені до позитивної РНК-вірусної інфекції (вірус деформованих крил і вірус Linepithema humile -1), є білками розпізнавання пептидів, призначеними для шляхів Toll і Imd в інвазивних аргентинських мурашках (Lester et al. 2019). ). Це вказує на велику перспективу подібної участі шляху Toll у реакції червоних імпортованих вогняних мурах на віруси Solenopsis invicta, оскільки ці віруси також є одноланцюговими РНК-вірусами позитивного сенсу (Valles et al. 2004).

Антимікробні пептиди

Антимікробні пептиди (AMP) є різноманітними, висококонсервативними та ключовими ефекторами, присутніми в різних імунних системах хребетних і безхребетних. АМП беруть участь в імунній відповіді проти кількох груп патогенів і діють у відповідь на мікробні мембрани патогенів. Зазвичай вони складаються з 15–20 амінокислот і класифікуються на основі їх амінокислотної структури та складу (Wu et al. 2018). У той час як АМП є переважно ефекторами проти бактеріальних патогенів, деякі з них ефективні у відповідь на вірусні виклики (Evans and Lopez 2004, Yi et al. 2014, Wu et al. 2018).

Серед них є цекропіни, які спочатку були ідентифіковані та виділені з гемолімфи цекропієвої молі Hyalophora cecropia (Lepidoptera: Saturniidae), від якої й походить назва (Hultmark et al. 1982). Хоча цекропіни значною мірою беруть участь у захисті від грампозитивних і грамнегативних бактерій, цекропін P1 пригнічує вивільнення вірусних частинок і послаблює індукований вірусами апоптоз (Schluns and Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018), тим самим зменшуючи вірусна дисемінація. Механізм дії включає руйнування вірусної оболонки та демонструє значну пригнічувальну дію проти вивільнення вірусних частинок (Schluns and Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018).

Кілька AMP були виявлені в мурах; дефензини були розпізнані шляхом клонування та секвенування у 25 видів мурашок-муравейників і 2 видів Myrmica (Schluns and Crozier 2009). Серед ідентифікованих генів, асоційованих з АМФ, є один, який кодує інгібітор серинової протеази, який може бути причетним до передачі імунних сигналів (Schluns and Crozier 2009). Два AMP, подібні до перетинчастокрилих і знову від медоносної бджоли A. mellifera, були ідентифіковані в червоних імпортованих вогняних мурах Solenopsis invicta (Tian et al. 2004). Ці два AMP виражені сильніше у нещодавно отриманих маток S. invicta, ніж у неспарених маток, що свідчить про імунну проблему, пов’язану зі спаровуванням (Evans et al. 2006). АМП також були виявлені в отруті деяких мурах (Kuhn-Nentwig 2003). Серед них інсуліни, які демонструють схожість з мелітином з A. mellifera. Меліттин має протимікробну та гемолітичну дію (Schluns and Crozier 2009).

Показано, що види Bombus і A. mellifera мають копії генів дефензину AMP (1 копія у Bombus і 2 копії в A. mellifera) (Barribeau et al. 2015). Хоча знову ж таки перетинчастокрилі асоціюються з бактеріальною імунною відповіддю, автори відзначають, що широкомасштабна деградація тканин, пов’язана з дефляцією, може спровокувати вивільнення клітинних мікроорганізмів, викликаючи у відповідь вивільнення AMPs (Tian et al. 2004). Подібне явище може бути залучено в імунну відповідь вірусу. Медоносна бджола A. mellifera є унікальною у своєму застосуванні АМП як форми соціальної та молекулярної імунної відповіді; royalizing – це дефензин комах, виділений з маточного молочка медоносної бджоли, який відіграє роль у імунітеті та розвитку (Bílikova et al. 2015). Однак слід зазначити, що AMP, ідентифіковані у соціальних перетинчастокрилих, були залучені у відповідь на бактеріальні (грампозитивні та грамнегативні) та грибкові патогени (Wu et al. 2018). Наскільки нам відомо, участь AMP в еусоціальній імунній відповіді перетинчастокрилих вірусів не була задокументована, але дані свідчать про те, що це може бути цікавою сферою дослідження (Lester et al. 2019).

РНКі

RNAi, або РНК-інтерференція/замовчування, є високозбереженим регуляторним і захисним шляхом, за допомогою якого дрозофіли та інші комахи борються з вірусною інфекцією. Шлях RNAi складається з двох основних етапів: ініціації та виконання (Van Rij et al. 2006, Zambon et al. 2006). На початку дволанцюгові РНК (dsRNA) процесуються ендорибонуклеазами Dicer1 або Dicer2 на менші сегменти dsRNA з 3'-нависаючими кінцями. Оброблені менші РНК використовуються для ініціації етапів виконання RNAi (Zambon та ін. 2006, Brutscher та Flenniken 2015, Brutscher та ін. 2015). Після ініціації невеликі ділянки РНК включаються в RISC або РНК-індукований комплекс глушіння. Це передбачає зв’язування нитки шаблону з білком Argonaut. Антисмисловий ланцюг малих дцРНК потім включається в RISC білком r2d2 (Schwarz et al. 2004). Єдиний ланцюг dsRNA, включений у RISC шляхом зв’язування білка Argonaut, залишається і виступає в якості провідника для визначення місцезнаходження комплементарної мРНК.

Це називається направляючим пасмом. Зв’язування з мРНК у клітині є точним завдяки керуванню спарюванням основ між ланцюгом, зв’язаним з RISC, і мішенню. Після зв’язування Argonaut ініціює та каталізує розщеплення цільової мРНК, що призводить до деградації. Процес схожий, коли мікроРНК використовуються як напрямний ланцюг у Argonaut, але напрям мікроРНК може призвести до неточного зв’язування та деградації більших мРНК (Schwarz et al. 2004). Незважаючи на те, що зв’язування та деградація RNAi є життєво важливими для регуляції кількох ендогенних мРНК, зв’язування та деградація RNAi також беруть участь у контролі вірусів і є висококонсервативними в різноманітних організмах, включаючи рослини, безхребетних та деякі бактерії (Robbins et al. 2009).

Шлях siRNA був залучений до захисту від вірусних патогенів у дрозофіли та інших комах. Показано, що інфекція вірусу Flockhouse є мінімально вірулентною проти дрозофіли у мух дикого типу (50 відсотків виживаності через 15 днів після зараження), тоді як мутантні мухи Dicer-2 показали 60 відсотків смертності при 6 dpi і 95 відсотків при 15 dpi (Wang et al. 2006). Шлях siRNA є висококонсервативним і також бере участь у соціальній імунній відповіді перетинчастокрилих вірусів. Більшість вірусних патогенів, що інфікують соціальну перетинчастокрилу медоносну бджолу A. mellifera, є РНК-вірусами родин Dicistroviridae та Iflaviridae (Niu et al. 2014). Глибоке секвенування, проведене на колоніях, які страждають розладом колонії, виявило велику кількість 21-22 нуклеотидних siRNA з ідеальною послідовністю, що відповідає ізраїльському вірусу гострого паралічу (IAPV), кашмірському вірусу бджіл, вірусу деформованих крил (DWV) (Hunter et al. 2010), і рабдовіруси A. mellifera -1 і -2 (McMenamin and Flenniken 2018). Було продемонстровано зниження титру вірусу IAPV і DWV, що підтверджує твердження, що шлях siRNA залучений до імунної відповіді вірусу, як у Drosophila (Hunter et al. 2010). Подібні результати спостерігалися, коли ізраїльські та американські колонії медоносних бджіл експериментально заражали вісьмома різними видами вірусів (Chejanovsky et al. 2014).

Подібним чином колонії медоносних бджіл у Флориді та Пенсільванії отримали значний захист від негативного впливу IAPV через вплив гомологічної дцРНК (Hunter et al. 2010). Підвищена експресія dicer і argonaute-2 відбулася під час впливу як на експериментальну модель вірусу (Brutscher та ін., 2017), так і на збудника ізраїльського вірусу гострого паралічу (IAPV) у медоносних бджіл (Galbraith та ін., 2015). Личинки A. cerana, оброблені дцРНК, специфічними для вірусу китайського мішеняти, також призвели до зниження вірусного титру вірусу, присутнього в колоніях із зразками (Brutscher та ін. 2015, Brutscher і Flenniken 2015). Ці результати, ймовірно, мають відношення до реакції інвазивних мурах на вірусні патогени, оскільки багато патогенів, що інфікують інвазивних мурах, класифікуються або раніше класифікувалися як члени сімейства вірусів Dicistroviridae (Lester та ін. 2019, Baty та ін. 2020).

JAK/STAT

У дрозофіли ліганди шляху JAK/STAT (Янус-кіназа/перетворювач сигналу та активатор транскрипції) включають три цитокіноподібні білки, названі непарним (up), неспареним2 (upd2) і неспареним3 (upd3). Усі вони спричинені пошкодженням тканин. Upd індукується бактеріальною імунною відповіддю, але upd2 і upd3 індукуються як відповідь на виявлення вірусного патогена. У відповідь на патогенне вторгнення кожна з вищезгаданих молекул специфічно зв’язується з унікальним рецептором під назвою Domeless. У дрозофіли існує один фактор транскрипції JAK (Avadhanula et al. 2009) і один фактор транскрипції STAT, hopscotch і Stat92E відповідно.

У відповідь на зв’язування цитокіну з рецептором рецептор димеризується та активує JAK. Потім активовані JAK фосфорилюють один одного, а також специфічні залишки тирозину на рецепторі, які потім діють як сайти стикування для доменів Src гомології 2 молекули STAT. STAT також фосфорилюються JAK, що дозволяє їм димеризуватися та переміщуватися до ядра, щоб діяти як промотори їхніх цільових генів (Myllymäki and Rämet 2014).

Шлях JAK/STAT у комах найкраще вивчений у дрозофіли, яка страждає від кількох вірусних природних ворогів. Як і у випадку з реакцією комах на інші патогени, імунна відповідь дрозофіли на вірусні патогени включає перехресні переговори між кількома системами, включаючи Toll і JAK/STAT. Гени імунної відповіді, індуковані грибковими та бактеріальними патогенними загарбниками, відрізняються від генів, індукованих вірусами, що свідчить про специфічну систему відповіді, пристосовану до загарбників, на які вони спрямовані (Myllymäki and Rämet 2014). Було також зазначено, що багато генів активуються шляхом JAK/STAT у відповідь на вірус Drosophila C, а вірусне навантаження та смертність зростають із недоліками цього шляху (Myllymäki and Rämet 2014).

Було продемонстровано, що експресія цитокінів Upd2 і Upd3 у дрозофіл сильно індукується після зараження вірусом паралічу цвіркунів (родина Dicistroviridae) (Lamiable and Imler 2014). Це має відношення до імунних досліджень інвазивних мурах і медоносних бджіл, оскільки багато патогенів, що інфікують цих еусоціальних перетинчастокрилих, є членами Dicistroviridae. Патогени вогняних мурашок Solenopsis invicta viruses спочатку були поміщені в ту саму сімейство вірусів (Valles et al. 2004) і могли реагувати так само на набагато більш ретельно вивчену модель Drosophila. Крім того, шляхи siRNA і JAK/STAT беруть участь у перехресному спілкуванні один з одним у відповідь на патогенну інвазію (Niu 2015), і JAK/STAT бере участь у імунній відповіді вірусу у перетинчастокрилих Bombus terrestris, білохвостих джміль.

Щоб оцінити участь JAK/STAT в імунній відповіді вірусу B. terrestris, Niu, 2015 заглушив ключовий компонент JAK/STAT Hop перед інокуляцією ізраїльським вірусом гострого паралічу (IAPV) і вірусом повільного паралічу бджіл (SPBV). Це дослідження не виявило суттєвого зв’язку між титром IAPV порівняно з контрольними неінфікованими бджолами, але спостерігалося значне збільшення титру вірусу SPBV через два дні після зараження, що свідчить про тимчасовий компонент сигналу JAK/STAT у імунній відповіді вірусу B. terrestris (Niu 2015) (додатковий матеріал [тільки онлайн]).

Заключні зауваження

Імунна відповідь соціальних перетинчастокрилих на виклик вірусних патогенів, які їх інфікують, є динамічною, багатогранною темою, яку лише нещодавно почали дражнити. У міру розвитку таких дослідницьких зусиль усвідомлюється серйозність і важливість вродженого імунітету для економічних інтересів біорізноманіття. Eusocial Hymenoptera є екологічно та економічно значущим як шкідливим, так і сприяючим потенціалом. Серед них медоносна бджола A. mellifera є однією з найбільш економічно вигідних комах у людському сільському господарстві, яка щорічно приносить мільярди доларів США в глобальному масштабі (Brutscher та ін. 2015, Поповська Стоянов та ін. 2021). Незважаючи на надзвичайно важливу роль медоносних бджіл і заходи щодо їх збереження, понад 30 відсотків колоній у Сполучених Штатах щорічно гинуть, причому багато з цих втрат пояснюються розладом розпаду колоній (CCD) (Brutscher та ін. 2015, McMenamin та Genersch 2015, McMenamin і Flenniken 2018).

Оскільки цей головний запилювач продовжує страждати від вірусних захворювань, необхідність подальших досліджень вродженої імунної системи стає все більш очевидною. На протилежному кінці спектру інтересів знаходяться інвазивні види мурах. Інвазивні мурахи надзвичайно успішні, аж до того, що спричиняють значні економічні втрати та втрати біорізноманіття. Зважаючи на це, пошук безпечних, ефективних, специфічних для хазяїна та саморозповсюджуваних засобів біологічного контролю для боротьби з інвазивними мурахами привів до виявлення кількох природних ворогів вірусів, які вважаються перспективними засобами біологічного контролю. Незважаючи на те, що застосування вірусних природних ворогів є захоплюючою областю досліджень, розуміння взаємодії господаря-агента та імунної відповіді господаря на патоген є критичним для успіху біологічного контролю. Оскільки вплив вірусних патогенів, що інфікують еусоціальних комах, стає все більш очевидним, розширення розуміння проблеми вірусних патогенів стає все більш актуальним як для наукових досліджень, так і для сільського господарства.

Імунітет, викликаний навіть близькоспорідненими патогенами, дуже різноманітний і дещо суперечливий між таксонами, і повні наслідки цих відповідей можна прогнозувати лише зараз. Віруси можуть пригнічувати індукцію певних шляхів, і імунна відповідь навіть на близькоспоріднених вірусних природних ворогів може значно відрізнятися в різних таксонах. Також цікавим є спостереження, що, зокрема у мурах, деякі шляхи є ефективними проти певних вірусів, але не проти інших; деякі гени позитивно корелювали з вірусним зараженням аргентинських мурах, тоді як інші мали негативну кореляцію. Імунна відповідь комах на інвазію вірусних патогенів є областю дослідження, яка все ще надає широкі можливості для нових досліджень, зокрема, що стосується підходів біологічного контролю комах-шкідників на основі патогенів. Подальша недавня робота пролила світло на роль трансмісивних РНК (Maori et al. 2019), трансгенераційного імунного праймінгу (Amiri et al. 2020) і білків теплового шоку (McMenamin et al. 2020) як у соціальному, так і вродженому імунітеті. Про імунну відповідь на вірусні патогени у еусоціальних перетинчастокрилих, безсумнівно, потрібно ще багато чого дізнатися; світле майбутнє для цієї захоплюючої галузі навчання.

Подяки

Цей проект фінансувався грантовою грантовою програмою Університету Техасу A&M Invasive Ant Research and Management Seed Grant.

Цитована література

1. Адамс, К. 2019. Сільськогосподарський і медичний вплив імпортованих вогняних мурах. Fire Ants and Leaf-Cutting Ants, CRC Press, стор. 48–57.

2. Амірі, Е., Дж. Дж. Герман, М. К. Стренд, Д. Р. Тарпі та О. Руппелл. 2020. Профіль транскриптома яйця відповідає на материнську вірусну інфекцію медоносних бджіл Apis mellifera. Інфікувати. Жене. еволюція 85: 104558.

3. Авадханула, В., Б. П. Візнер, Г. Г. Харді, Дж. П. Кумар і Р. В. Харді. 2009. Нова система для запуску синтезу РНК альфавірусу розкриває роль шляху Imd у противірусній відповіді членистоногих. Плос Патог. 5: e1000582.

4. Бараккі Д., С. Франчезе та С. Турілацці. 2011. Крім захисту від хижаків: отрута медоносних бджіл функціонує як компонент соціального імунітету. Токсикон. 58: 550–557.

5. Барачкі, Д., Г. Мацца, С. Турілацці. 2012a. Від індивідуального до колективного імунітету: роль отрути як антимікробного агента в суспільствах ос Stenogastrinae. J. Insect Physiol. 58: 188–193.

6. Baracchi, D., A. Fadda, and S. Turillazzi. 2012b. Докази антисептичної поведінки щодо хворих дорослих бджіл у колоніях медоносних бджіл. J. Insect Physiol. 58: 1589–1596.

7. Баррібо, С. М., Б. М. Садд, Л. дю Плессіс, М. Дж. Браун, С. Д. Бючель, К. Каппелле, Дж. К. Каролан, О. Крістіанс, Т. Дж. Колган і С. Ерлер. 2015. Збіднілий імунний репертуар передує еволюції соціальності у бджіл. Genome Biol. 16: 1–21.

8. Баті Дж. В., М. Булгарелла, Дж. Добельманн, А. Фелден і П. Дж. Лестер. 2020. Віруси та їх вплив на мурах (Hymenoptera: Formicidae). Мірмекологічні новини 30:213–228.

9. Білікова, К., С. С. Хуанг, І. П. Лін, Дж. Шимут і Ч. С. Пенг. 2015. Взаємозв’язок між структурою та антимікробною активністю роялізації, антимікробного пептиду з маточного молочка Apis mellifera. Пептиди. 68: 190–196.

10. Божич, Дж. і Т. Валентинчич. 1995. Кількісний аналіз соціальної поведінки медоносної бджоли Apis mellifera carnica [самоочищення, грумінг танець, ектопаразит]. Апідологія, Франція.

11. Brutscher, L. M. і M. L. Flenniken. 2015. RNAi та противірусний захист у медоносної бджоли. J. Immunol. рез. 2015: 941897.

12. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh і M. L. Flenniken. 2015. Механізми противірусного захисту у медоносних бджіл. Curr. Опін. Наука про комах. 10: 71–82.

13. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh, and M. L. Flenniken. 2017. Відповіді на транскрипцію, викликані вірусами та дцРНК, розкривають ключові компоненти противірусного захисту медоносних бджіл. Sci. Доп. 7: 1–15.

14. Чеяновський Н., Р. Офір, М. С. Швагер, Ю. Слабезкі, С. Гроссман і Д. Кокс-Фостер. 2014. Характеристика популяцій вірусних siRNA у розладі колапсу колонії медоносних бджіл. Вірусологія. 454-455: 176–183.

15. Чой, К. М., Т. Вернер, С. Стовен, Д. Хултмарк і К. В. Андерсон. 2002. Потреба в білку розпізнавання пептидоглікану (PGRP) в активації Relish і антибактеріальних імунних реакціях у Drosophila. Наука. 296: 359–362.

16. Кремер, С. 2019. Соціальний імунітет у комах. Curr. Biol. 29: R458–R463.

17. Кремер С. і М. Сікст. 2009. Аналогії в еволюції індивідуального та соціального імунітету. Філос. пер. R. Soc. Лонд. B. Biol. Sci. 364: 129–142.

18. Кремер С., С. А. Армітаж і П. Шмід-Гемпель. 2007. Соціальний імунітет. Curr. Biol. 17: R693–R702.

19. Cremer, S., C. D. Pull, and M. A. Fürst. 2018. Соціальний імунітет: поява та еволюція захисту від хвороб на рівні колоній. Annu. Ентомол. 63: 105–123.

20. Дубле В., Ю. Пешль, А. Гоголь-Дерінг, К. Ало, Д. Анносія, К. Аурорі, С. М. Баррібо, О. К. Бедоя-Рейна, М. Дж. Браун і Дж. К. Булл. 2017. Єдність у захисті: робочі бджоли демонструють збережені молекулярні реакції на різноманітні патогени. BMC Genomics 18: 1–17.

21. Драм, Н. Х. і В. С. Ротенбюлер. 1985. Відмінності в нежалячих агресивних реакціях робочих медоносних бджіл на хворих і здорових бджіл у травні та липні. Ж. Апікульт. рез. 24: 184–187.

22. Душай, М. С., Б. Аслінг і Д. Халтмарк. 1996. Походження імунітету: смак, складний Rel-подібний ген в антибактеріальному захисті дрозофіли. Proc. Natl. акад. Sci. U. SA 93: 10343–10347.

23. Ерлер С., М. Попп і Г. М. Латторфф. 2011. Динаміка експресії генів імунної системи при бактеріальному зараженні та пораненні соціальної комахи (Bombus terrestris). Плос один. 6: e18126.

24. Еванс, Дж. Д., К. Аронштейн, Ю. П. Чен, К. Хетру, Дж. Л. Імлер, Х. Цзян, М. Каност, Г. Дж. Томпсон, З. Цзоу та Д. Халтмарк. 2006. Імунні шляхи та механізми захисту медоносних бджіл Apis mellifera. Комаха Mol. Biol. 15: 645–656.

25. Еванс, Дж. Д. і Д. Л. Лопес. 2004. Бактеріальні пробіотики викликають імунну відповідь у медоносної бджоли (Hymenoptera: Apidae). J. Econ. Ентомол. 97: 752–756.

26. Feldhaar, H., and R. Gross. 2008. Імунні реакції комах на бактеріальних патогенів і мутуалістів. Зараження мікробами. 10: 1082–1088.

27. Гелбрейт, Д. А., X. Янг, Е. Л. Ніньо, С. Йі та К. Грозінгер. 2015. Паралельні епігеномні та транскриптомні відповіді на вірусну інфекцію у медоносних бджіл (Apis mellifera). Плос Патог. 11: e1004713.

28. Генерш, Е. 2010. Патологія медоносних бджіл: поточні загрози для медоносних бджіл і бджільництва. апл. мікробіол. Біотехнологія. 87: 87–97.

29. Гоблірш М., Дж. Ф. Ворнер, Б. А. Зоммерфельдт і М. Співак. 2020. Соціальна лихоманка чи загальна імунна відповідь? Повертаючись до прикладу соціального імунітету медоносних бджіл. Комахи 11: 528.

30. Готтар М., В. Гоберт, Т. Мішель, М. Белвін, Г. Дуйк, Я. А. Хоффманн, Д. Феррандон і Ж. Ройє. 2002. Імунна відповідь дрозофіли проти грамнегативних бактерій опосередковується білком розпізнавання пептидоглікану. природа 416: 640–644.

31. Го К., Ю. Хуанг, П. Конг, X. Лю, Ю. Чен і З. Хе. 2014. Цекропін P1 інгібує вірус репродуктивного та респіраторного синдрому свиней шляхом блокування прикріплення. Мікробіологія BMC 14: 1–11.

32. Хултмарк, Д., А. Енгстрьом, Х. Бенніч, Р. Капур і Г. Г. Боман. 1982. Імунітет комах: виділення та структура цекропіну D і чотирьох другорядних антибактеріальних компонентів з лялечок Cecropia. Євро. J. Biochem. 127: 207–217.

33. Хантер В., Дж. Елліс, Д. Ваненгельсдорп, Дж. Хейс, Д. Вестервельт, Е. Глік, М. Вільямс, І. Села, Е. Маорі, Дж. Петтіс та ін. 2010. Широкомасштабне польове застосування технології RNAi для зменшення ізраїльського гострого вірусного паралічу у медоносних бджіл (Apis mellifera, Hymenoptera: Apidae). Плос Патог. 6: e1001160.

34. Імлер, Ж.-Л. 2019. Комахний резервуар різноманітності для вірусів та противірусних механізмів. Comptes Rendus Biologies 342: 260–262.

35. Йоханссон, Х., К. Дхайгуде, С. Ліндстрем, Х. Хелантере, Л. Сундстрем і К. Тронтті. 2013. Метатранскриптомний підхід до ідентифікації мікробіоти, пов’язаної з мурахою Formica. Плос один. 8: e79777.

36. Канеко, Т. і Н. Сільверман. 2005. Бактеріальне розпізнавання та передача сигналів шляхом IMD Drosophila. Стільниковий. мікробіол. 7: 461–469.

37. Клейно, А. і Н. Сільверман. 2014. Шлях IMD дрозофіли в активації гуморальної імунної відповіді. Dev. комп. Immunol. 42: 25–35.

38. Клейно, А., і Н. Сільверман. 2019. Регулювання шляху Imd Drosophila шляхом сигналізації амілоїдів. Біохімія комах. мол. Biol. 108: 16–23.

39. Kuhn-Nentwig, L. 2003. Антимікробні та цитолітичні пептиди отруйних членистоногих. Стільниковий. мол. Life Sci. 60: 2651–2668.

40. Lamiable, O., and J. L. Imler. 2014. Індукований противірусний вроджений імунітет у дрозофіли. Curr. Опін. мікробіол. 20: 62–68.

41. Лард К. Ф., Дж. Шмідт, Б. Морріс, Л. Естес, К. Райан і Д. Бергквіст. 2006. Економічний вплив імпортованих вогняних мурах у Сполучених Штатах Америки. Техаський університет A&M, Департамент економіки сільського господарства, Техаська сільськогосподарська експериментальна станція, Коледж Стейшн, Техас.

42. Лестер П. Дж., К. Х. Бьюїк, Дж. В. Баті, А. Фелден і Дж. Хейвуд. 2019. Різні бактеріальні та вірусні збудники

For more information:1950477648nn@gmail.com