Frontiers in Zoology, 2005; 2: 8-8 (más artículos en esta revista)

La respuesta inmune a los parásitos simpátricas y alopátricas en un caracol-trematodo interacción

BioMed Central
Erik E Osnas (osnas@wisc.edu) [1], Curtis M Animado (clively@indiana.edu) [1]
[1] Departamento de Biología, Universidad de Indiana, 1001 E. Calle Tercera, Bloomington, IN 47405, EE.UU.
[2] Departamento de Vida Silvestre de Ecología de la Universidad de Wisconsin, 209 Russell Labs, 1630 Linden Drive, Madison, WI 53706, EE.UU.

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Resumen
Antecedentes

El resultado de la exposición parásito depende de la genética (1) especificidad de la interacción, (2) la inducción de las defensas del huésped, y (3) las defensas contra el parásito. Se estudió tanto la especificidad genética de la infección y de la especificidad de la respuesta de defensa de acogida-en un caracol-trematodo interacción (Potamopyrgus antipodarum-Microphallus sp.) Mediante la realización de la reciprocidad experimento de la infección cruzada entre dos poblaciones de acogida y de parásito.

Resultados

Encontramos que la infección fue mayor en simpátricas anfitrión-parásito combinaciones. Asimismo, se encontró que la respuesta de defensa de acogida-(hemocyte concentración) fue inducida por la exposición al parásito, pero la respuesta no aumentó con el aumento de la dosis de parásitos ni parásito dependen de la fuente, fuente de acogida, o la combinación de acogida-parásito.

Conclusión

Los resultados son consistentes con una genéticamente específicos interacción huésped-parásito, pero incompatible con un general de la carrera de armamentos tipo de interacción donde la asignación a la defensa es el principal determinante de la resistencia de acogida.

Antecedentes

Estudios de la interacción huésped-parásito puede considerarse como dividida entre dos enfoques diferentes [1, 2]. Un enfoque tiende a hacer hincapié en la inducción y el costo de la defensa contra los parásitos, mientras que el otro enfoque tiende a hacer hincapié en la base genética y la especificidad requerida para el éxito de la infección. Ambas vías han sido productiva, pero no deben ser vistos como mutuamente excluyentes [1 - 3]. La inducción de una defensa inmunológico, por ejemplo, podría ser necesario para eliminar los parásitos de una vez detectados por la acogida [4]. Por otra parte, la relativa eficacia de la defensa de acogida se prevé que disminuirá a medida que la diversidad de genotipos parásitos aumenta, siempre que estos genotipos muestran un alto grado de especificidad del hospedador [1]. La comprensión de la importancia relativa y las posibles interacciones entre la defensa inmune y genotípica especificidad requiere que ambos aspectos se estudian simultáneamente en el mismo sistema. Por ejemplo, Kurtz et al. [5] mostraron que la respuesta inmune de los saltamontes se redujo en entornos extranjeros, a pesar de masa corporal, una medida de la condición general, no se redujeron. Se interpreta que esto significa que el saltamontes requieren menos en la defensa inmune frente a la extranjera, y, presumiblemente, adaptadas localmente, los parásitos. Con el fin de abordar más a fondo la interacción entre genética y especificidad inmunológica de defensa, se podría primera prueba para la adaptación local y, a continuación, medir la respuesta inmune en ambos simpátricas y alopátricas anfitrión-parásito combinaciones.

En el presente estudio, que los caracoles expuestos anfitrión de dos poblaciones lago a dos dosis diferentes de los huevos producidos por cualquiera de simpátricas o alopátricas trematodes en un recíproco experimento de la infección cruzada. Por último, comparamos las dos dosis diferentes de huevos unos a otros y no a los controles de huevo para determinar si el sistema inmune del huésped podrían ser inducidos, y, en caso afirmativo, si parásito depende de la dosis y / o la fuente (es decir, simpátricas vs alopátricas ). Se encontró que el sistema inmune puede ser inducido para aumentar el número de hemocitos, pero que la inducción no depende de la dosis o la fuente de parásitos. No obstante, la prevalencia de la infección fue mayor para simpátricas combinaciones de anfitrión y parásito. Por lo tanto, la inducción de la defensa no es tan eficaz en la lucha contra la co-evolucionado aparentemente parásitos como lo era en la lucha contra el mando a distancia fuentes de parásitos.

Resultados

No se observaron anfitrión-parásito-fuente o fuente principal de los efectos sobre la prevalencia de parásitos, sino una parte importante efecto principal de la dosis se observó parásito (F = 136,08, df = 1, 40, P <0,001; Cuadro 1, Fig. 1] . La interacción de dos vías entre el anfitrión fuente y el parásito fuente fue significativo (F = 213,66, df = 1, 40, P <0,001), así como la interacción de tres vías entre el anfitrión fuente, fuente parásito, parásito y dosis (F = 120,09, df = 1, 40, P <0,001; Cuadro 1, Fig. 1]. No hay otras interacciones fueron significativas. La forma de la interacción de dos vías entre el anfitrión y el parásito es el cruce de tipo, lo que indica que los parásitos producen mayor prevalencia de la infección en simpátricas anfitriones que en alopátricas hosts (Fig. 1a y 1b]. El significativo de tres vías de interacción entre la dosis, de acogida, y el parásito indica que la fuerza de la interacción de dos vías (adaptación local del parásito) se incrementa con la dosis (Fig. 1a vs 1b].

Hubo un efecto significativo de la exposición al parásito en hemocyte contar (F = 3,71, df = 2, 57, P = 0,03; Cuadro 2, Fig. 2]. Hemocyte contar con una mayor exposición a los parásitos (t = 2,66, P = 0,01), pero no hubo una diferencia significativa entre baja y alta dosis de parásitos (t = 0,66, P = 0,55; Cuadro 2, Fig. 2]. Cuando los controles (sin la exposición) se suprimieron y el conjunto de datos se analizaron como un experimento de tres factores, sólo había un poco de efecto significativo sobre el parásito fuente hemocyte contar (F = 3,69, df = 1, 40, P = 0.06) ; No otros efectos o interacciones fueron significativas (Fig. 3, Tabla 3]. Este resultado ligeramente significativo sugiere que los parásitos de L. Alexandrina tienden a inducir un poco mayor hemocyte contar que hizo parásitos de L. Mapourika (Fig. 3]. Observado poder estimaciones de los efectos de la dosis, parásito fuente, fuente de acogida, y la interacción entre el anfitrión y el parásito son bajas (0,08, 0,48, 0,27 y 0,12, respectivamente). Observado poder estimaciones de las otras interacciones también fueron bajos (<0,08). Sin embargo, los tamaños del efecto se observó también pequeños (<10%) para todos los efectos. Cuando más amplio de los tamaños del efecto fueron utilizados para estimar el poder (10% y 20%), el poder de detectar un efecto moderadamente alta (0,55 y 0,88, respectivamente). Por lo tanto, es probable que el verdadero efecto tamaños eran menos del 10%.

Discusión

Los resultados sugieren que simpátricas, adaptadas localmente parásitos (Microphallus sp.) Inducir una respuesta de defensa similares (según la medición de la concentración de hemocyte), en p. Antipodarum caracoles al igual que alopátricas parásitos. Si bien hubo un efecto marginalmente significativo principal fuente de parásito, es evidente que no hay acogida por efecto de la interacción parásito hemocyte contar (Fig. 2, Tabla 2]. En contraste, sin embargo, el efecto de la interacción es muy importante para el éxito de la infección, pero no hubo efectos principales de origen o de acogida, ya sea fuente de parásitos (Fig. 1, Tabla 1]. Por lo tanto, a pesar de que la defensa fue inducida en el mismo grado y por tanto simpátricas alopátricas parásitos, la defensa es menos eficaz frente a los parásitos adaptados localmente simpátricas. Una consecuencia de este resultado es que los caracoles no puede aumentar la resistencia a la infección por coevolved trematodes por el aumento de la asignación a la defensa.

Hemocyte concentración es sólo una medida aproximada de la respuesta inmune. Sin embargo, la concentración hemocyte mostraron una respuesta a la exposición al parásito en nuestro estudio (Fig. 2], y en otros mecanismos de defensa de moluscos trematodo están mediadas a través de los sistemas de hemocitos [6, 7]. Por ejemplo, hemocitos encapsular trematodes y excretan las moléculas de oxígeno reactivo que son citotóxicos [6, 8]. Además, hasta hemocitos de regular los genes cuando están expuestos a trematodes [9, 10]. Observación más detallada sobre las reacciones de hemocitos en futuros estudios pueden conducir a resultados diferentes. Sin embargo, no hay ninguna indicación de que una o simpátricas alopátricas fuente de parásitos cambiado la inducción de hemocitos en nuestro estudio (Fig. 3], como se encontró en Kurtz et al. [6] para saltamontes.

Por lo general, la asignación de recursos a los mecanismos de defensa ha demostrado ser costoso en términos de supervivencia o la reproducción [11 - 16], y se ha supuesto que son anfitriones de comercio-off aptitud para la protección contra los efectos negativos de la infección. Sin embargo, cuando los cambios coevolution la eficacia de la defensa de acogida, predicciones sobre el equilibrio entre la defensa del parásito de fitness y otros componentes son más complicadas [1]. Si la adaptación local de parásitos disminuye la probabilidad de que se acoge a montar una defensa exitosa, entonces la mejor estrategia de defensa para la acogida dependerá de los costos y la eficacia de la defensa, así como la virulencia del parásito [1]. En el presente estudio, los costos de la defensa no fueron medidos, pero una fuerte respuesta de defensa se observó (Fig. 2]. Trabajo previo en este sistema ha demostrado que el crecimiento y la supervivencia no disminuyó con el aumento de la exposición parásito [17], por lo que es probable que la respuesta de la defensa no es costosa o que el coste es pequeño. Por otra parte, los recursos en el entorno de laboratorio puede haber sido suficiente para compensar el aumento de la demanda de la defensa de recursos. Esto puede haber oscurecido la detección de una diferencia entre el anfitrión-parásito combinaciones hemocitos en la respuesta.

Si la defensa no es costoso, y luego montar una defensa sería una ventaja cada vez que el anfitrión de los encuentros parásitos independientemente de la eficacia de los mecanismos de defensa. No obstante, la defensa sólo podría ser eficaz contra algunos proporción de la población de parásitos, como cabría esperar si hay apretado genéticos especificidad de la infección. En esa situación, un cierto nivel de defensa de asignación es necesario para defender contra algunos genotipos parásito, pero no a nivel de asignación pueden defender en contra de otros genotipos parásito. Esta alternativa parece probable más tarde en vista de que existe buena evidencia de la adaptación local en este sistema (Fig. 1] [18 - 21] y el hecho de que tanto alopátricas y simpátricas combinaciones inducidas por la misma respuesta de defensa (Fig. 3].

En el presente estudio, acoge pareció aumentar de defensa, tal vez a un máximo, luego de la exposición a una dosis muy baja de los huevos de parásitos y, sin embargo, no aumentó en defensa dosis mayor (Fig. 2]. Por lo tanto, incluso pequeñas exposiciones puede ser una señal suficiente de que los aumentos de defensa asignación en entornos con un alto riesgo de parasitismo. Uno podría esperar que una dosis de efecto en el supuesto de que se acoge a aumentar los niveles de defensa a medida que más y más parásitos fueron encontrados, especialmente en simpátricas anfitrión-parásito combinaciones que son más difíciles de combatir. Sin embargo, no hubo efecto de la dosis de parásitos o de cualquier orden superior interacciones con la dosis, fuente de acogida, o parásito hemocyte fuente de la inducción (Fig. 3, Tabla 3]. Hubo un parásito marginalmente significativa hemocyte principal efecto de la inducción (Tabla 3], lo que significa que algunas poblaciones de parásitos podría inducir una mayor hemocyte respuestas que otros. Potencialmente, coevolution puede tener el aumento de las defensas contra el trematodo en algunas poblaciones, por lo que las asignaciones a defensa se necesitan en el país de acogida cuando se enfrenta a estos parásitos. De las defensas contra los parásitos se sabe que se producen en muchos sistemas [22, 23]. Por ejemplo, la injerencia de acogida hemocyte función se ha demostrado en echinostomes (Trematoda) [24 - 26], y parasitoides de Drosophila enterrar en la grasa corporal a fin de evitar hemocitos circulantes [27].

Conclusión

La interacción es altamente específico para la infección, pero no para la respuesta de defensa según la medición de la concentración de hemocyte. Estos resultados son compatibles con la mayoría de un mecanismo genético específico que se pongan en venta exitosa parásitos evadir o interferir con las defensas de los genotipos específicos de acogida. También hubo ningún efecto de los parásitos sobre hemocyte dosis de concentración después de la exposición inicial, lo que implica que las necesidades de defensa no aumentará con las exposiciones adicionales parásito. Aunque la medición de aspectos específicos de la hemocyte reacciones pueden conducir a otros resultados, la adaptación local del parásito a simpátricas hosts no parece producir variación en la inducción de la concentración a través de hemocyte simpátricas alopátricas y exposiciones.

Métodos
Anfitrión fuente

Snail hosts (Potamopyrgus antipodarum) se obtuvieron de la Isoetes hábitat en el "Camp" sitio en el lago Alexandrina, Nueva Zelandia, [28] por barrer una red a través de la vegetación subacuática. Caracoles del Lago Mapourika fueron recogidos por los mismos métodos. Estudios anteriores han demostrado que los parásitos de estas mismas dos lagos se adapten a infectar sus poblaciones simpátricas de acogida [19]. Además, en un meta-análisis de múltiples estudios sobre este sistema, encontramos que 32 de 33 poblaciones de parásitos (ya sea en el espacio o el tiempo) tenían más éxito en infectar local caracoles que alopátricas caracoles recogidos de los lugares [21]. Así, el patrón de adaptación del parásito a las poblaciones locales de acogida parece ser muy sólido en el espacio y el tiempo. Lago Alexandrina está en el lado oriental de los Alpes del sur, a unos 750 m sobre el nivel del mar, y el Lago Mapourika está en la parte oeste de los Alpes del sur, a 75 m sobre el nivel del mar [29] en la Isla Sur de Nueva Zelandia. Ejércitos de ambas fuentes se recogieron en enero de 2002 y transportados en permitir al laboratorio en la Universidad de Indiana en fresco y húmedo y toallas de papel. En el laboratorio de los caracoles se mantuvieron en grandes acuarios y alimentados hasta que el alga Espirulina experimento comenzó el 2 de marzo de 2002. Durante las pruebas experimentales, cada unidad experimental constó de 100 caracoles guardan en un contenedor de plástico de 2 litros. Los caracoles se alimentan de algas Spirulina 1-2 veces por semana y el agua en los contenedores fue cambiado una vez por semana.

Parásito del sistema y la cultura

Microphallus sp. (Trematoda) es muy común y localmente descritas parásito común en Nueva Zelanda lagos y arroyos [28, 30]. Multilocus allozyme genotipo Microphallus datos muestran que es un solo outbred especies con altos niveles de flujo genético entre las poblaciones de la Isla del Sur [31]. El parásito utiliza exclusivamente p. Antipodarum como los intermedios de acogida, y la final se acoge a las aves acuáticas. Microphallus huevos embrionados se ingieren de sedimentos y eclosionan en el intestino de tortuga, penetrar en el intestino y migrar a las gónadas y las glándulas digestivas. Tras el éxito de establecimiento, entonces el parásito sufre reproducción asexual, en sustitución de gran parte de la acogida de la reproducción de tejidos y glándulas digestivas, lo que resulta en la completa esterilización de caracol. Las primeras etapas de desarrollo de parásitos visibles (blastocercariae) son detectables después de aproximadamente 75 días después de la exposición y metacercarias son comunes por 90 días después de la exposición a los 16 ° C en el laboratorio. El ciclo de vida se completa cuando los caracoles que contienen metacercarias son consumidos por las aves acuáticas.

A pesar de que el natural de acogida para el parásito utiliza en este experimento son las aves, el parásito es cultivadas con éxito en el ratón [32]. Para producir huevos de parásitos que son infecciosos a los caracoles, tres ratones fueron alimentados cada 35 infectados Microphallus caracoles recolectados desde el lago de Alejandría, y de manera similar, tres ratones fueron alimentados 35 Microphallus infectados caracoles recogidos de Lago Mapourika. Tres nuevos ratones fueron alimentados no parásitos, y que se utiliza para proporcionar parásito libre de heces en uno de nuestros tratamientos de control (ver abajo). A partir de las 24 horas siguientes a la alimentación, la basura en jaulas de los ratones se cambió, y "pellets" fecales se recogieron tres veces al día, durante cuatro días. Después de la recogida, el control de las heces y parásito heces fueron colocadas por separado en un nuevo estanque de agua con el fin de almacenar los huevos de parásitos y diluir los desechos solubles. El estanque de aguas gaseosas y se cambió dos veces al día.

Diseño experimental y procedimientos

Un diseño factorial se utilizó para estudiar los efectos de la fuente de acogida, fuente de parásitos, y la dosis de infección de parásitos y hemocyte concentración. Treinta 2 l contenedores cada 100 caracoles alojados desde el lago Alexandrina, y treinta contenedores de 2 litros cada 100 alojados caracoles del Lago Mapourika. Dentro de cada fuente de acogida, seis contenedores se les dio una dosis baja de Alexandrina parásitos, seis contenedores se les dio una dosis alta de Alexandrina parásitos, seis contenedores se les dio una dosis baja de Mapourika parásitos, y seis contenedores se les dio una dosis alta de Mapourika parásitos ( "Alta" y "baja" dosis como se define a continuación). Los otros seis contenedores para cada fuente de acogida no recibió parásitos - tres contenedores recibido ratón sin heces de huevos y tres contenedores no recibió heces o parásitos. Porque no hay diferencia en hemocyte cuenta entre los tratamientos no-parásito con las heces y la no-parásito heces sin tratamiento (F = 0,001, df = 1, 10, P = 0,975), estos tratamientos se combinaron en todos los análisis a continuación. Este resultado pone de manifiesto que el contenido del ratón heces son, por sí mismos, no son suficientes para aumentar la cuenta hemocyte de caracoles.

Parásito dosis se determinaron por separado condensación de las mezclas de ratón heces y el agua a 1 l de volumen. La mezcla fue dividido en 100 ml (dosis baja) y 900 ml (dosis alta) y, a continuación, cada uno asciende se diluye hasta 1 l. Una pipeta serológica fue entonces utilizada para administrar ratón heces por igual entre los contenedores para cada dosis de tratamiento. Así, la dosis alta se esperaba que tienen 9 veces más huevos de parásitos como la dosis baja. El control de las heces de los ratones han sido manipulados de la misma manera, y que se distribuyeron de manera que los caracoles en el control de los parásitos y heces con bajas dosis de los tratamientos fueron expuestos a la misma cantidad de heces como el ratón altas dosis de los tratamientos experimentales.

Hemocyte cuantificación

Caracoles fueron la muestra de hemolinfa en los días 13 and14 después de la exposición. A partir de experimentos anteriores (E. Osnas, datos no publicados), se sabe que aumenta la concentración hemocyte parásito después de la exposición por esta vez. A los 14 días después de la exposición al parásito es visualmente indetectable en el caracol (véase más arriba). Para recoger la hemolinfa, tres personas fueron sub-muestra al azar de cada contenedor experimental. Para cada caracol, hemolinfa fue recogida por golpear el opérculo hasta hemolinfa fue expulsado a través de los poros hemal [13, 33, 34]. Una pipeta de 10 μ l fue utilizado para la elaboración de la hemolinfa y la transferencia a un hemocitómetro. En p. Antipodarum, esta técnica se traduce en aproximadamente 1-2 μ l de hemolinfa. Hemocitos en 0,1 μ l de la red de superficie hemocitómetro fueron contados visualmente usando un microscopio compuesto en el 400 de magnificación total.

Parásito toma de muestras y el análisis estadístico

A los 90 días después de la exposición, los caracoles se examinaron para la infección por bajo un microscopio de disección. A los 90 días post-exposición, los parásitos pueden ser fácilmente detectado usando un microscopio de disección, pero no han llegado a la plena madurez metacercarias etapa. Especies de parásitos y la etapa de desarrollo se registraron [17, 35]. Caracoles con infecciones de especies distintas de Microphallus fueron excluidos del análisis. Del mismo modo, los caracoles infectados por metacercarias madura Microphallus También se suprimirá a partir del análisis, ya que se supone que ya están infectadas el momento de su recolección en el campo [17, 36].

Por cada contenedor, se calculó el porcentaje de infección (prevalencia) de los caracoles la muestra después de 90 días posterior a la exposición, y se calcula el promedio hemocyte contar a los tres individuos muestreados después de 13 días post-exposición. Estos medios se utilizan como puntos de datos independientes para el análisis estadístico. Se utilizó un factor de tres de efectos fijos análisis de la varianza con el anfitrión fuente, fuente parásito, parásito y dosis como factores independientes para poner a prueba la adaptación local por el parásito. Para este análisis, el control de los tratamientos (no parásitos) fueron excluidos. Adaptación local del parásito a la acogida se indica con un importante cruce de tipo interacción entre receptores y de origen parasitario.

Se utilizó un análisis de varianza con el fin de la prueba de un cambio en la concentración hemocyte con parásitos. Para este análisis, la dosis es la variable independiente y log-base 10 de hemocyte contar fue la variable. Hemos utilizado tres niveles de dosis: no hay exposición, en dosis bajas, y altas dosis, tal como se describe antes. A continuación, utiliza los contrastes independientes para poner a prueba un incremento global de hemocyte contar con la exposición (control de versos bajo y alto) y de una diferencia entre bajos y altos niveles de exposición.

Para la prueba de un efecto del parásito fuente, fuente de acogida, y la dosis en hemocyte contar, que utilizó un factorial completo de tres factores modelo de efectos fijos análisis de la varianza, tal como se dijo anteriormente por la infección. Para este análisis, el control de los tratamientos (no parásitos) también fueron retirados del conjunto de datos. Esto produjo un diseño equilibrado. Todos los análisis se realizaron en SPSS 12.0 (2003).

Contribuciones de los autores

EEO LMC y desarrolló el concepto y diseño experimental para este estudio. EEO preformados el experimento, los datos recogidos, y escribió un primer borrador del manuscrito. LMC ayudó a realizar el experimento y revisado sustancialmente el manuscrito. Ambos autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

D. Zysling y miembros de la Animado Lab dio útiles comentarios sobre una versión anterior del manuscrito. Esta investigación fue financiada por subvenciones del Centro para el Estudio de integración de Comportamiento Animal en la Universidad de Indiana a EEO y subvenciones por NSF DEB-9904840 y DEB-0128510 a LMC.