Вроденият имунен отговор на Eusocial Hymenopterans към предизвикателството на вирусен патоген

Резюме

През последните години изследователският интерес към имунологията на насекомите се разшири бързо и наличната литература се разшири в натура. Насекомите се борят с патогените чрез набор от поведенчески и физиологични имунни защити. Нуждата от силен имунитет е особено важна за еусоциалните насекоми; близостта на nestmate увеличава експозицията и предаването на патогени. Освен това, еусоциалността включва съжителството на хиляди индивиди с характерно намалена генетична вариабилност, увеличавайки податливостта към избухвания на епидемични заболявания.

За да се борят с това, те са разработили различни отговори на патогените, включително индивидуална вродена имунна защита, социален имунитет и секреция на мощни химикали от жлезите. Социалният имунитет, използван от Hymenoptera, е прегледан, докато прегледът е n; viruseseseseseseses, разработен доколкото ни е известно, насочен към вродения имунитет на еусоциалните Hymenopterans към вирусни патогенни нашественици. Ние твърдим, че такъв преглед е важен за напредъка в разбирането на биологията на Hymenopteran и е от решаващо значение за приложните интереси. Освен това ние твърдим, че последиците от еусоциалния вроден имунитет на Hymenopteran са широкообхватни; техният успех е източник както на значителни икономически загуби в случай на инвазивни мравки, така и на значителна икономическа печалба в случая на медоносната пчела Apis mellifera.

Както имунологията на насекомите, така и имунологията на човека принадлежат към имунологичния клон на биологията, но те изучават главно различни биологични системи. Имунологията на насекомите изучава имунната система на насекомите и как тя реагира на външни патогени, докато човешката имунология изучава имунната система на хората и как функционира, за да се защитава от външни патогени. Въпреки че обектите на изследване на двамата са различни, между тях има някои връзки. Например, някои резултати от изследвания в имунологията на насекомите могат да осигурят вдъхновение и справка за човешката имунология, а някои високоефективни антимикробни пептидни молекули, открити в имунологията на насекомите, също могат да бъдат използвани за разработване на имунни лекарства за човешката имунна система. В допълнение, имунологията на насекомите също предоставя някои примери за изследване на взаимодействието между патогени и имунната система на гостоприемника за човешката имунология и предоставя някои препратки за откриването и разработването на нови лекарства за човешкия имунитет. В ежедневието си трябва да подобрим имунитета си. Открихме, че Cistanche може да подобри имунитета. Cistanche е богат на различни антиоксидантни вещества, като витамин С, каротеноиди и др. Тези съставки могат да премахнат свободните радикали, да намалят оксидативния стрес и да подобрят устойчивостта на имунната система.

Click cistanche tubulosa ползи

Ключови думи:

имунитет, eusocial Hymenoptera, вирус.

Вирусните патогени са сред най-важните и най-слабо разбраните от имунните предизвикателства, пред които са изправени еусоциалните насекоми (Lester et al. 2019). Вирусите от семейство Solinviviridae са естествени врагове на основните евсоциални насекоми вредители червената внесена огнена мравка Solenopsis invicta (Valles et al. 2004, Valles and Rivers 2019) и жълтокафявата луда мравка Nylandria fulva (Hymenoptera: Formicidae) (Valles et al. 2012). Въвеждането на тези патогени в инвазивни области е област от интерес за биологичен контрол. В същото време медоносната пчела Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) е засегната от разстройство на колапса на колонията, свързано с вирусна инфекция (Chejanovsky et al. 2014), а успехът на колонията зависи от способността да се реагира на предизвикателствата от тези патогени. Инвазивните видове мравки са отговорни за милиарди щатски долари загуби годишно за редица икономически интереси (Lard et al. 2006, Adams 2019).

Обратно, медоносната пчела е едно от най-важните насекоми по отношение на икономическия принос и поддържането на здравето им в отговор на вирусни патогени, които ги тормозят, е важно за безброй интереси (Genersch 2010). Този преглед се основава на скорошната и нарастваща работа, описваща подробно имунните реакции на еусоциалните насекоми, като основният интерес е фокусиран върху вродената имунна система. Започваме с кратко описание на социалния имунитет на ниво колония, като обръщаме специално внимание на защитите в мащаба на колонията. След това стесняваме обхвата до индивидуално ниво, като се фокусираме върху вродения имунен отговор. Представяме компилация от непрекъснато нарастващия обем литература и изследвания върху еусоциалния вроден имунен отговор към вирусни патогени и предлагаме някои нови въпроси, които да търсите в бъдеща работа в тази вълнуваща област.

Евсоциалността при насекомите е еволюирала независимо многократно, най-вече при термитите и Hymenoptera (Nowak et al. 2010, Quiñones and Pen 2017). Въпреки ползите от еусоциалността, средата, създадена от общия живот, също създава благоприятен сценарий за паразити и патогени; постоянната наличност на източници на храна, наличието на уязвими незрели екземпляри и гостоприемните температури на околната среда осигуряват изключителна среда за високи нива на патогени и паразити (Feldhaar and Gross 2008). Повишеният контакт между съседите на гнездото може да доведе до повишена възможност за предаване на патогени, а повишената класическа връзка с еусоциалната структура води до подобна чувствителност към патогени (Baracchi et al. 2012b). Тази комбинация от характеристики е силно благоприятна за избухване на епидемични заболявания (Quevillon 2018, Pinilla-Gallego et al. 2020). Поради тези причини, появата на структурата на еусоциалната колония насърчи необходимостта от силен отговор на редица нашественици, както патогенни, така и паразитни. Евсоциалните насекоми посрещат това предизвикателство по много начини, от широкомащабен социален имунен отговор до индивидуален, химически медииран вроден имунен отговор.

Тъй като безгръбначните, включително еусоциалните насекоми, нямат истинска имунна система, медиирана от антитела, техният успех е силно повлиян от способността им да функционират като единица в имунния отговор на ниво колония (социален имунитет) и на индивидуално ниво чрез вроден имунитет отговори (Erler et al. 2011, Myllymäki and Rämet 2014, Palmer and Jiggins 2015). През цялата история се е развила еволюционна „надпревара във въоръжаването“ между гостоприемниците на насекоми и патогените, които ги заразяват (Erler et al. 2011). Отговорът на насекомите към патогени на имунологично ниво е област на интерес, която е добре проучена при комарите и моделния организъм Drosophila на Dipteran (Diptera: Drosophilidae) (Palmer and Jiggins 2015). Скорошният интерес, фокусиран върху имунитета в социалните Hymenoptera, отразява нарастващото осъзнаване на тяхното значение за човешките интереси.

Социален имунитет на ниво суперорганизъм

Терминът "социален имунитет" се отнася до поведенческите адаптации и модификации, които допринасят за защитата срещу инфекция както на индивида, така и на ниво колония. Социалният имунитет зависи от сътрудничеството на колонията за избягване, смекчаване и изчистване на паразитни инфекции (Cremer et al. 2007, Cremer and Sixt 2009, Erler et al. 2011, Cremer et al. 2018). Социалните насекоми показват впечатляващ репертоар от тези поведенчески имунни защитни механизми за цялата колония. Стратегиите за чифтосване може да са сред първите защити срещу заплахата от патогени; женските репродуктивни органи на социални насекоми са до голяма степен моногамни и се чифтосват в едно събитие, като по този начин се намалява предаването на патогени и паразити към първичните репродуктивни органи и се намалява потенциалът за вертикално предаване на патогени (Cremer et al. 2007). Имунният отговор на A. mellifera срещу нашествениците започва извън колонията със специализирани медоносни пчели-пазачи, разположени на входа на колонията, за да откажат достъпа на заразени или паразитирани индивиди до гнездото (Waddington and Rothenbuhler 1976, Drum and Rothenbuhler 1985, Cremer et al. 2007).

Когато първата линия на защитата на контролно-пропускателния пункт е неадекватна за предотвратяване на вражеско нахлуване, се разгръщат множество други социални имунни реакции, включително алогоруминг за отстраняване на паразити, социална треска за топлинно убиване на бактерии и профилактично поглъщане на смоли, които поддържат и повишават химическата устойчивост на инфекция. (Cremer et al. 2007). Социалните трески при мравки (Cremer 2019) и медоносни пчели (Goblirsch et al. 2020) могат ефективно да готвят микроорганизми и паразитни нашественици, като неутрализират или намаляват заплахата, породена от такива нашественици (Sugahara и Sakamoto 2009, Goblirsch et al. 2020).

Антимикробните пептиди също допринасят широко както за социалния имунитет, така и за индивидуалния имунен отговор; отровата на медоносните пчели има антимикробни свойства, когато се нанесе върху кутикулата и се отложи в гребена (Baracchi et al. 2011, Baracchi et al. 2012a, Moreau 2013, Simone-Finstrom 2017). Подобно явление се наблюдава при избрани видове мравки, при които прилагането на отрова върху кожата изглежда има санитарни последици (Tragust et al. 2013, Simone-Finstrom 2017). Хигиенното поведение, включително разпознаване и отстраняване на болни възрастни (Baracchi et al. 2012b) и хигиеничното отстраняване на ектопаразити и патогени, служат като превантивно действие в широк спектър от търсещи храна еусоциални Hymenoptera, включително западната медоносна пчела A. mellifera (Bozic и Valentincic 1995), азиатска медоносна пчела Apis kerana (Hymenoptera: Apidae) (Rath 1999) и листорежещи мравки Acromyrmex subterraneus (Hymenoptera: Formicidae) и Acromyrmex octospinosus (Hymenoptera: Formicidae) (Richard et al. 2009).

Докато социалният имунитет на ниво суперорганизъм е много полезен и критичен в първоначалния отговор на инвазия на патогени, той често е недостатъчен за преодоляване на вирусната патогенност при липса на вроден имунен отговор (Brutscher et al. 2015). Липсата на основни комплекси за хистосъвместимост, Т-рецептори или имуноглобулини, характерни за имунната система на гръбначните животни, води до силно разчитане на механични бариери на индивидуално ниво за патогени и вродени (химически медиирани) имунни отговори. Сред известните пътища, замесени във вродения имунитет на еусоциалните насекоми към вирусни патогени, са сигналните пътища за имунен дефицит (Imd), Toll, RNAi и Janus киназа (JAK/STAT), както и секрецията на антимикробни пептиди (AMP) (Barribeau et др., 2015 г., Brutscher и др., 2015 г., Brutscher и Flenniken 2015 г.).

Път на имунен дефицит (Imd).

При eusocial Hymenoptera участието на имунния дефицит или пътя на Imd в защитата срещу вируси е донякъде загадъчно и преобладаващата част от изследванията върху Imd на насекоми са ограничени до Drosophila. Пътят на Imd играе сложна роля в историята на живота на насекомите, действайки както като път на имунен отговор, така и като важен регулатор в развитието (Erler et al. 2011). В имунната система на Drosophila, Imd е отговорен за регулирането на NF-kB протеина Relish (Dushay et al. 1996, Myllymäki и Rämet 2014) и експресията на по-голямата част от антимикробните пептиди на Drosophila (AMP) (Myllymäki et al. 2014 г.).

В Drosophila, активирането на Imd пътя започва с разпознаването на микробни агенти, улеснено от откриването на свързани с патогена молекулярни модели (PAMP), които са уникални за патогена. Активността на Imd най-често се свързва с бактериални патогени, по-специално Грам-отрицателни и някои Грам-положителни бактерии, тъй като PGRP-LC (трансмембранен рецептор) преференциално се свързва с мезодиаминопимелинова киселина, уникална за бактериите (Kaneko и Silverman 2005, Kleino и Silverman 2014, 2019). Той действа като основен рецептор при инициирането на Imd пътя при системна инфекция или при локализиран отговор на средното черво в предната част на средното черво при локализирана инфекция (Choe et al. 2002, Gottar et al. 2002, ZaidmanRémy et al. 2006 , Myllymäki и др. 2014). Сред общите фактори за разпознаване е пептидогликанът, структурен компонент на много бактериални патогени.

Любопитно е, че ектопичната експресия на PGRP в мастното тяло на Drosophila може да активира експресията на антимикробни пептиди при липса на инфекция (Myllymäki et al. 2014). Участието на пътя на Imd варира в зависимост от вида на инфекциозния агент; Imd играе по-голяма роля в защитата на Drosophila срещу вируса Sindbis и вируса на парализата на щуреца, отколкото Toll, докато Imd не изглежда да участва силно в изчистването на вируса Drosophila C (Brutscher et al. 2015).

Скорошната работа е в подкрепа на въздействието на Imd в отговор на вируси. Молекулярна работа, изследваща вирусния имунен отговор в аржентинската мравка Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae), разкри градиент на отговор към различни видове патогени. L. humile транскриптомен анализ на имунен отговор към бактериални Pseudomonas spp. (Pseudomonadales: Pseudomonadaceae) инфекция и L. humile virus 1, докато клетъчният вирус на черната кралица на медоносната пчела не е предизвикал голяма промяна в експресията на имунния път (Lester et al. 2019). Relish, транскрипционен фактор в пътя на Imd, е клониран и секвениран както от макропи на Nothomyrmecia (Hymenoptera: Formicidae), така и от няколко вида мравки Myrmecia и вероятно е замесен в повишената секреция на антимикробни пептиди (Schlüns и Crozier 2007, Schluns и Crozier 2009 ). Мета-анализът на отговора на ниво транскрипция при медоносната пчела A. mellifera при лечение с векторно излагане на вируса Varroa mite също показа диференциална експресия на Imd гени iap2 и rel (Doublet et al. 2017).

Докато участието на еусоциалните насекоми в Imd във вирусния имунен отговор остава донякъде уклончиво, скорошна работа в Drosophila доведе до идентифицирането на dreidel, ген, който кодира циркулиращ протеин, замесен в потискането на Imd. Deidel е бил отвлечен от няколко ДНК вируса на насекоми, потискайки активирането на Imd пътя в имунния отговор на гостоприемника към вирусна инфекция. Това от своя страна доведе до откритието, че киназата IKK и транскрипционният фактор NF-K са от решаващо значение за изчистването както на вируса Drosophila C, така и на вируса на парализата на щуреца (Imler 2019). И двата вируса са членове на вирусното семейство Dicistroviridae, към което принадлежат много от вирусните патогени, хоствани от еусоциалните Hymenoptera.

Платена пътека

Както е в случая с много имунни пътища на насекоми, по-голямата част от работата, извършена върху Insect Toll, е фокусирана върху Drosophila. Толът е силно запазен път между родовете и е неразделна част както от имунния отговор, така и от процесите на развитие на гръбначни животни и насекоми (Evans et al. 2006). Толът е най-често замесен в гъбичния и грам-положителен имунитет при насекомите, но доказателствата показват, че вирусният имунен отговор може да бъде предизвикан и от сигнализирането на Тол (Doublet et al. 2017, Rosales and Vonnie 2017, Lester et al. 2019, Baty и др. 2020). В Drosophila, Toll се инициира от разцепването на цитокиноподобния транскрипционен фактор Spatzle и свързването на С-терминалния фрагмент на богатото на левцин повторение (LRR) на Toll (Weber et al. 2007, Lindsay and Wasserman 2014).

Когато Spatzle се свърже с Toll LRR, Toll се димеризира и става активен. След активиране домейните на Toll/интерлевкин-1 рецепторната хомология (TIR) ​​се димеризират, което насърчава свързването на адапторния протеин MyD88 чрез неговия TIR домейн. След това MyD88 свързва адаптерната протеинова тръба и набира протеин киназата Pelle, която се свързва с домейните на смъртта. Набирането на Pelle води до автофосфорилиране на Pelle, което предизвиква разграждане на инхибитора Cactus. Разграждането на Cactus индуцира освобождаването на транскрипционни фактори или Diff, или Dorsal, които след това се преместват в ядрото (Lindsay and Wasserman 2014).

Таксата също е замесена в имунния отговор на eusocial Hymenoptera. Трябва да се отбележи, че има два правдоподобни Spatzle ортолога, очевидни в генома на медоносната пчела (GB13503, GB15688) (Evans et al. 2006). Секвенирането на генома на медоносната пчела също разкри два хомолога на дорзалния транскрипционен фактор на Drosophila и вътреклетъчните компоненти Cactin, Pellino, фактор, свързан с TNF рецептор-2 и Tollip.

Смята се, че всички тези компоненти играят основна роля в пътя на Toll и всички изглежда присъстват както в Drosophila, така и в видовете медоносни пчели (Evans et al. 2006, Doublet et al. 2017). Транскрипционните изследвания показват, че Toll играе сложна роля във вирусния отговор при медоносната пчела; млади пчели, експериментално заразени с вируса на израелската остра парализа (IAPV), показват повишена експресия на Toll гени, докато по-зрелите, естествено заразени пчели не показват транскрипционно въздействие на Toll (Brutscher et al. 2015, Galbraith et al. 2015). Въпреки че имунният отговор на вируса на мравка остава слабо разбран, скорошна работа върху аржентинската мравка L. humile също подкрепя убеждението, че основен набор от имунни гени участват в имунния отговор на мравка към предизвикателството на патогена (Lester et al. 2019). Пътят на Toll NF-kB хомолог дорзален-1A е транскрипционно индуциран в медоносни пчели работнически касти, когато са паразитирани от акара Varroa, което силно предполага, че Toll е замесен в отговор на инфекция с вируса на деформираните крила (DWV), тъй като Varroa е отговорен за Предаване на DWV на медоносните пчели (Doublet et al. 2017).

Други компоненти на пътя на Toll също са идентифицирани в еусоциалните Hymenoptera. Транскрипционният фактор Relish е клониран и секвениран в мравки от вида Nothomytmecia macros, както и в няколко вида Myrmecia (Schluns and Crozier 2009, Johansson et al. 2013, Lindsay and Wasserman 2014). По подобен начин компонентите на пътеката за сигнализиране на Toll Toll, Pelle и Dorsal са клонирани и секвенирани във Formica aquilegia (Hymenoptera: Formicidae) (Lindsay and Wasserman 2014).

Сигналната пътека на Toll също е замесена в имунния отговор на глобално инвазивни мравки към предизвикателството на вирусни патогени. Lester et al, 2019 използва анализ на секвениране на РНК, за да идентифицира вируси, заразяващи инвазивни Hymenopterans. Най-силно асоциираните имунни гени, участващи в вирусна инфекция с положителна РНК (вирус на деформирано крило и вирус на Linepithema humile -1) са протеини за разпознаване на пептиди, приписани на пътищата Toll и Imd в инвазивната аржентинска мравка (Lester et al. 2019 ). Това показва силно обещание за подобно участие на пътя на Toll в реакцията на червената внесена огнена мравка към вирусите на Solenopsis invicta, тъй като тези вируси също са едноверижни РНК вируси с положителен смисъл (Valles et al. 2004).

Антимикробни пептиди

Антимикробните пептиди (АМР) са разнообразни, силно запазени и решаващи ефектори, присъстващи в различни имунни системи на гръбначни и безгръбначни. AMPs участват в имунния отговор срещу няколко групи патогени и действат в отговор на микробните мембрани на патогените. Те обикновено се състоят от 15-20 аминокиселини и се класифицират въз основа на тяхната аминокиселинна структура и състав (Wu et al. 2018). Докато AMP са предимно ефектори срещу бактериални патогени, някои са ефективни в отговор на вирусни предизвикателства (Evans и Lopez 2004, Yi et al. 2014, Wu et al. 2018).

Сред тях са цекропините, които първоначално са идентифицирани и изолирани от хемолимфата на молеца Hyalophora cecropia (Lepidoptera: Saturniidae), от който произлиза името (Hultmark et al. 1982). Докато цекропините са до голяма степен замесени в защитата срещу Грам-положителни и Грам-отрицателни бактерии, цекропин Р1 инхибира освобождаването на вирусни частици и отслабва вирусно индуцираната апоптоза (Schluns и Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018), като по този начин намалява вирусно разпространение. Механизмът на действие включва разрушаване на вирусната обвивка и показва значително инхибиращо действие срещу освобождаването на вирусни частици (Schluns and Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018).

Няколко AMP са идентифицирани в мравки; дефензините са разпознати чрез клониране и секвениране в 25 вида мравки и 2 вида Myrmica (Schluns and Crozier 2009). Сред идентифицираните гени, свързани с AMP, е един, който кодира инхибитор на серин протеаза, който може да бъде замесен в имунната сигнализация (Schluns and Crozier 2009). Два AMPs, които са подобни на hymenopteran и отново от медоносната пчела A. mellifera, са идентифицирани в червената внесена огнена мравка Solenopsis invicta (Tian et al. 2004). Тези два AMPs се експресират по-силно в новораздадените майки S. invicta, отколкото в нечифтосвани майки, което предполага имунно предизвикателство, свързано със чифтосването (Evans et al. 2006). AMP също са идентифицирани в отровата на някои мравки (Kuhn-Nentwig 2003). Сред тях са инсулини, които показват сходство с мелитин от A. mellifera. Мелитинът е антимикробен и хемолитичен (Schluns and Crozier 2009).

Доказано е, че видовете Bombus и A. mellifera имат копия на гените на AMP defensin (1 копие в Bombus и 2 копия в A. mellifera) (Barribeau et al. 2015). Въпреки че отново и хименоптераните са свързани с бактериален имунен отговор, авторите отбелязват, че широкомащабното разграждане на тъканите, свързано с дефлацията, може да задейства освобождаването на клетъчно свързани микроорганизми, задействайки освобождаването на AMPs в отговор (Tian et al. 2004). Подобно явление може да бъде включено в имунния отговор на вируса. Медоносната пчела A. mellifera е уникална в приложението си на AMPs като форма както на социален, така и на молекулен имунен отговор; royalizing е дефензин на насекоми, изолиран от пчелното млечице на медоносната пчела и играе роля в имунитета и развитието (Bílikova et al. 2015). Трябва да се отбележи обаче, че AMPs, идентифицирани в социални Hymenopterans, са замесени в отговор на бактериални (грам-положителни и грам-отрицателни) и гъбични патогени (Wu et al. 2018). Участието на AMP в еусоциалния имунен отговор на вируса на Hymenopteran не е документирано, доколкото ни е известно, но доказателствата сочат, че това може да бъде вълнуваща област за изследване (Lester et al. 2019).

RNAi

RNAi, или РНК интерференция/заглушаване, е силно запазен регулаторен и защитен път, чрез който Drosophila и други насекоми се борят с вирусна инфекция. Пътят на RNAi протича в две основни стъпки, иницииране и изпълнение (Van Rij et al. 2006, Zambon et al. 2006). В началото двойноверижните РНК (dsRNA) се обработват от ендорибонуклеази Dicer1 или Dicer2 в по-малки сегменти dsRNA с 3' надвиснали краища. Обработените, по-малки РНК се използват за започване на етапи на изпълнение на RNAi (Zambon et al. 2006, Brutscher and Flenniken 2015, Brutscher et al. 2015). След започване, малки РНК секции се включват в RISC, или РНК-индуциран заглушаващ комплекс. Това включва свързване на нишката на шаблона към протеин Argonaut. Антисенс веригата на малките dsRNA след това се включва в RISC чрез протеин r2d2 (Schwarz et al. 2004). Единствената верига на dsRNA, включена в RISC от свързващия протеин на Argonaut, остава и действа като ръководство за локализиране на комплементарна иРНК.

Това се нарича водеща нишка. Свързването с иРНК в клетката е прецизно поради насочване чрез сдвояване на бази между веригата, свързана с RISC, и мишената. След свързване, Argonaut инициира и катализира разцепването на целевата иРНК, което води до разграждане. Процесът е подобен, когато микроРНК се използват като водеща верига в Argonaut, но насочването на miRNA може да доведе до неточно свързване и разграждане на по-големи иРНК (Schwarz et al. 2004). Въпреки че е жизненоважно за регулирането на няколко ендогенни иРНК, свързването и разграждането на RNAi също участват в контрола на вирусите и са силно запазени в различни организми, включително растения, безгръбначни и някои бактерии (Robbins et al. 2009).

Пътят на siRNA е замесен в защитата срещу вирусни патогени в Drosophila и други насекоми. Доказано е, че инфекцията с вирус Flockhouse е минимално вирулентна срещу Drosophila при див тип мухи (50 процента преживяемост 15 дни след инфекцията), докато Dicer-2 мутантните мухи показват 60 процента смъртност при 6 dpi и 95 процента при 15 dpi (Wang et al 2006). Пътят на siRNA е силно запазен и също е замесен в социалния имунен отговор на вируса на Hymenopteran. По-голямата част от вирусните патогени, заразяващи социалната медоносна пчела Hymenopteran A. mellifera, са РНК вируси в семейства Dicistroviridae и Iflaviridae (Niu et al. 2014). Дълбокото секвениране, извършено върху колонии, страдащи от разстройство на колапс, идентифицира изобилие от 21-22 нуклеотидни siRNAs с перфектна последователност, съвпадаща с израелския вирус на остра парализа (IAPV), кашмирски пчелен вирус, вирус на деформирани крила (DWV) (Hunter et al. 2010), и рабдовируси A. mellifera -1 и -2 (McMenamin и Flenniken 2018). Беше демонстрирано намаляване на вирусния титър на IAPV и DWV, което подкрепя твърдението, че пътят на siRNA е замесен във вирусния имунен отговор, както при Drosophila (Hunter et al. 2010). Подобни резултати са наблюдавани, когато израелските и американските пчелни колонии са били експериментално заразени с осемте различни вида вируси (Chejanovsky et al. 2014).

По подобен начин колониите от медоносни пчели във Флорида и Пенсилвания предизвикаха значителна защита от отрицателните ефекти на IAPV от излагане на хомоложна dsRNA (Hunter et al. 2010). Повишена експресия на dicer и argonaute-2 се наблюдава при излагане както на експериментален модел на вирус (Brutscher et al. 2017), така и на патогенния вирус на израелската остра парализа (IAPV) в медоносната пчела (Galbraith et al. 2015). Ларвите на A. cerana, третирани с dsRNA, специфична за вируса Chinese Sacbrood, също водят до намаляване на вирусния титър на вируса, присъстващ в колониите с проби (Brutscher et al. 2015, Brutscher and Flenniken 2015). Тези резултати вероятно са от значение за интересите към реакцията на инвазивни мравки към вирусни патогени, тъй като много патогени, заразяващи инвазивни мравки, са или са били класифицирани преди това като членове на вирусното семейство Dicistroviridae (Lester et al. 2019, Baty et al. 2020).

JAK/STAT

В Drosophila, JAK/STAT (Янус киназа/сигнален преобразувател и активатор на транскрипция) лиганди на пътя включват три цитокиноподобни протеина, наречени несдвоен (up), несдвоен2 (upd2) и несдвоен3 (upd3). Всички са предизвикани от нараняване на тъканите. Upd се индуцира от бактериалния имунен отговор, но upd2 и upd3 се индуцират като отговор на откриване на вирусен патоген. В отговор на патогенната инвазия, всяка от горните молекули се свързва специфично с уникален рецептор, наречен Domeless. В Drosophila има един JAK (Avadhanula et al. 2009) и един STAT транскрипционен фактор, съответно hopscotch и Stat92E.

В отговор на свързването на цитокин с рецептор, рецепторът димеризира и активира JAK. След това активираните JAKs фосфорилират един друг, както и специфични тирозинови остатъци върху рецептора, които след това действат като докинг места за Src хомоложни 2 домейни на STAT молекулата. STAT също се фосфорилират от JAK, което им позволява да се димеризират и да бъдат преместени в ядрото, за да действат като промотори на техните целеви гени (Myllymäki и Rämet 2014).

Пътят на JAK/STAT при насекомите е най-добре проучен при Drosophila, която е засегната от няколко вирусни естествени врагове. Както е в случая с отговора на насекомите към други патогени, имунният отговор на Drosophila към вирусни патогени включва кръстосани разговори между множество системи, включително Toll и JAK/STAT. Гените на имунния отговор, индуцирани от гъбични и бактериални патогенни нашественици, се различават от тези, индуцирани от вируси, което предполага специфична система за отговор, пригодена за нашествениците, към които са насочени (Myllymäki и Rämet 2014). Беше отбелязано също, че много гени се активират от пътя JAK/STAT в отговор на вируса Drosophila C и вирусното натоварване и смъртността се увеличават с недостатъци в този път (Myllymäki и Rämet 2014).

Доказано е, че експресията на Drosophila на цитокини Upd2 и Upd3 е силно индуцирана след инфекция с вирус на парализа на щурци (семейство Dicistroviridae) (Lamiable and Imler 2014). Това е от значение за имунните изследвания при инвазивни мравки и медоносни пчели, тъй като много от патогените, заразяващи тези еусоциални Hymenoptera, са членове на Dicistroviridae. Патогените на огнените мравки Solenopsis invicta вируси първоначално са били поставени в едно и също вирусно семейство (Valles et al. 2004) и биха могли да реагират подобно на много по-задълбочено проучения модел Drosophila. Освен това, пътищата на siRNA и JAK/STAT участват в кръстосани разговори един с друг в отговор на патогенна инвазия (Niu 2015), а JAK/STAT е замесен във вирусния имунен отговор в Hymenopteran Bombus terrestris, опашат земна пчела.

За да оцени участието на JAK/STAT в вирусния имунен отговор на B. terrestris, Niu, 2015 г. заглуши ключовия JAK/STAT компонент Hop преди инокулация с вируса на израелската остра парализа (IAPV) и вируса на бавната парализа на пчелите (SPBV). Това проучване не показва значима връзка между IAPV титъра в сравнение с контролните неинфектирани пчели, но има значително увеличение на SPBV вирусния титър два дни след инфекцията, което предполага временен компонент към JAK/STAT сигнализирането при вирусен имунен отговор при B. terrestris (Niu 2015) (Допълнителен материал [само онлайн]).

Заключителни бележки

Имунният отговор на социалните Hymenoptera на предизвикателството на вирусните патогени, които ги заразяват, е динамична, многостранна тема, която едва наскоро започна да се дразни. С напредването на тези изследователски усилия се осъзнава тежестта и значението на вродения имунитет за икономическите интереси на биоразнообразието. Eusocial Hymenoptera има екологично и икономическо значение както във вреден, така и в допринасящ капацитет. Сред тях медоносната пчела A. mellifera е едно от икономически най-полезните насекоми в човешкото селско стопанство, което допринася за милиарди щатски долари годишно в глобален мащаб (Brutscher et al. 2015, Popovska Stojanov et al. 2021). Въпреки изключително важната роля на медоносните пчели и усилията за тяхното опазване, повече от 30 процента от колониите в Съединените щати умират всяка година, като много от тези загуби се дължат на разстройството на колапса на колониите (CCD) (Brutscher et al. 2015, McMenamin and Genersch 2015, McMenamin и Flenniken 2018).

Тъй като този основен опрашител продължава да бъде опустошаван от вирусни заболявания, необходимостта от по-нататъшни изследвания на вродената имунна система става все по-очевидна. На противоположния край на спектъра на интереси са инвазивните видове мравки. Инвазивните мравки са изключително успешни, до степен да причиняват значителни икономически загуби и загуби на биоразнообразие. Имайки предвид това, търсенето на безопасни, ефективни, специфични за гостоприемника и саморазпространяващи се агенти за биологичен контрол за борба с инвазивните мравки доведе до идентифицирането на няколко вирусни естествени врагове, които се считат за обещаващи агенти за биологичен контрол. Въпреки че приложението на вирусния естествен враг е вълнуваща област на изследване, разбирането на взаимодействията гостоприемник-агент и имунния отговор на гостоприемника към патогена е от решаващо значение за успеха на биологичния контрол. Тъй като въздействието на вирусните патогени, заразяващи еусоциалните насекоми, става все по-очевидно, разширяването на разбирането на предизвикателството на вирусните патогени става все по-уместно както за научните изследвания, така и за селското стопанство.

Имунитетът, предизвикан дори от тясно свързани патогени, е много разнообразен и донякъде непоследователен в таксоните и пълните последици от тези отговори могат да бъдат проектирани само в момента. Вирусите могат да инхибират индукцията на определени пътища и имунният отговор дори на тясно свързани вирусни естествени врагове може да варира значително в различните таксони. Интересно е и наблюдението, че особено при мравките някои пътища са ефективни срещу определени вируси, но не и срещу други; някои гени са корелирани положително с вирусно предизвикателство в аржентински мравки, докато други са корелирани отрицателно. Имунният отговор на насекомите към инвазията на вирусни патогени е област на изследване, която все още предоставя изобилни възможности за нови изследвания, особено що се отнася до подходи за биологичен контрол на насекоми вредители, базирани на патогени. По-нататъшна скорошна работа хвърли светлина върху ролите на трансмисивните РНК (Maori et al. 2019), трансгенерационното имунно праймиране (Amiri et al. 2020) и протеините на топлинния шок (McMenamin et al. 2020) както в социалния, така и в вродения имунитет. Несъмнено има много да се научи за имунния отговор към вирусни патогени при еусоциалните Hymenoptera; бъдещето е светло за тази вълнуваща област на обучение.

Благодарности

Този проект е финансиран от програмата за безвъзмездна помощ за изследване и управление на инвазивни мравки на Тексаския университет A&M.

Цитирана литература

1. Adams, C. 2019. Земеделско и медицинско въздействие на внесените огнени мравки. Огнени мравки и листорежещи мравки, CRC Press, стр. 48–57.

2. Амири, Е., Дж. Дж. Херман, М. К. Странд, Д. Р. Тарпи и О. Рюпел. 2020. Профилът на транскриптом на яйца отговаря на инфекция с майчиния вирус при медоносни пчели, Apis mellifera. заразявам. Женет. Еволюция 85: 104558.

3. Avadhanula, V., B. P. Weasner, G. G. Hardy, J. P. Kumar и R. W. Hardy. 2009. Нова система за стартиране на синтеза на алфавирусна РНК разкрива ролята на Imd пътя в антивирусния отговор на членестоноги. Плос Патог. 5: e1000582.

4. Baracchi, D., S. Francese и S. Turillazzi. 2011. Отвъд защитата срещу хищници: отровата на медоносната пчела функционира като компонент на социалния имунитет. Токсикон. 58: 550–557.

5. Baracchi, D., G. Mazza и S. Turillazzi. 2012а. От индивидуален към колективен имунитет: ролята на отровата като антимикробен агент в обществата на осите Stenogastrinae. J. Insect Physiol. 58: 188–193.

6. Baracchi, D., A. Fadda и S. Turillazzi. 2012b. Доказателство за антисептично поведение спрямо болни възрастни пчели в пчелни колонии. J. Insect Physiol. 58: 1589–1596.

7.Barribeau, S.M., B.M. Sadd, L. du Plessis, M.J. Brown, S.D. Buechel, K. Cappelle, J.C. Carolan, O. Christiaens, T.J. Colgan и S. Erler. 2015. Оскъдният имунен репертоар предшества еволюцията на социалността при пчелите. Genome Biol. 16: 1–21.

8. Baty, J. W., M. Bulgarella, J. Dobelmann, A. Felden и P. J. Lester. 2020. Вируси и тяхното въздействие върху мравките (Hymenoptera: Formicidae). Мирмекологични новини 30: 213–228.

9.Bílikova, K., S.C. Huang, I.P. Lin, J. Šimuth и C.C. Peng. 2015. Връзка между структурата и антимикробната активност на роялизиране, антимикробен пептид от пчелното млечице на Apis mellifera. Пептиди. 68: 190–196.

10. Божич, Дж. и Т. Валентинчич. 1995. Количествен анализ на поведението на социално поддържане на медоносната пчела Apis mellifera carnica [самопочистване, поддържащ танц, ектопаразит]. Apidologie, Франция.

11. Brutscher, L. M. и M. L. Flenniken. 2015. RNAi и антивирусна защита при медоносната пчела. J. Immunol. Рез. 2015: 941897.

12. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh и M. L. Flenniken. 2015. Антивирусни защитни механизми при медоносните пчели. Curr. мнение Insect Sci. 10: 71–82.

13. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh и M. L. Flenniken. 2017. Задействаните от вируси и dsRNA транскрипционни отговори разкриват ключови компоненти на антивирусната защита на медоносните пчели. Sci. 7: 1–15.

14. Чеяновски, Н., Р. Офир, М. С. Швагер, Й. Слабезки, С. Гросман и Д. Кокс-Фостър. 2014. Характеризиране на вирусни siRNA популации при разстройство на колапс на медоносни пчелни колонии. Вирусология. 454-455: 176–183.

15. Чой, К. М., Т. Вернер, С. Стовен, Д. Хултмарк и К. В. Андерсън. 2002. Изискване за протеин за разпознаване на пептидогликан (PGRP) при активиране на Relish и антибактериални имунни отговори при Drosophila. Наука. 296: 359–362.

16. Кремер, С. 2019. Социален имунитет при насекоми. Curr. Biol. 29: R458–R463.

17. Cremer, S. и M. Sixt. 2009. Аналогии в еволюцията на индивидуалния и социалния имунитет. Филос. прев. R. Soc. Лонд. B. Biol. Sci. 364: 129–142.

18. Cremer, S., S. A. Armitage и P. Schmid-Hempel. 2007. Социален имунитет. Curr. Biol. 17: R693–R702.

19. Cremer, S., C. D. Pull и M. A. Fürst. 2018. Социален имунитет: поява и еволюция на защитата от болести на ниво колония. Annu. Rev. Entomol. 63: 105–123.

20.Doublet, V., Y. Poeschl, A. Gogol-Döring, C. Alaux, D. Annoscia, C. Aurori, S. M. Barribeau, O. C. Bedoya-Reina, M. J. Brown и J. C. Bull. 2017. Единство в защита: медоносните пчели проявяват запазени молекулярни реакции към различни патогени. BMC Genomics 18: 1–17.

21. Drum, N. H. и W. C. Rothenbuhler. 1985. Разлики в агресивните реакции без ужилване на пчелите работнички към болни и здрави пчели през май и юли. J. Apicult. Рез. 24: 184–187.

22. Душай, М. С., Б. Аслинг и Д. Хълтмарк. 1996. Произход на имунитета: наслада, съставен Rel-подобен ген в антибактериалната защита на Drosophila. Proc. Natl. акад. Sci. U. SA 93: 10343–10347.

23. Erler, S., M. Popp и H. M. Lattorff. 2011. Динамика на генната експресия на имунната система при бактериално предизвикателство и нараняване в социално насекомо (Bombus terrestris). Плос едно. 6: e18126.

24. Евънс, Дж. Д., К. Аронстейн, Ю. П. Чен, К. Хетру, Дж. Л. Имлер, Х. Дзян, М. Каност, Г. Дж. Томпсън, З. Зоу и Д. Хълтмарк. 2006. Имунни пътища и защитни механизми при медоносните пчели Apis mellifera. Насекоми Mol. Biol. 15: 645–656.

25. Евънс, Дж. Д. и Д. Л. Лопес. 2004. Бактериалните пробиотици предизвикват имунен отговор при медоносната пчела (Hymenoptera: Apidae). J. Econ. Entomol. 97: 752–756.

26. Фелдхаар, Х. и Р. Грос. 2008. Имунни реакции на насекоми върху бактериални патогени и мутуалисти. Микробите заразяват. 10: 1082–1088.

27. Galbraith, D.A., X. Yang, E.L. Niño, S. Yi и C. Grozinger. 2015. Паралелни епигеномни и транскриптомни отговори на вирусна инфекция при медоносни пчели (Apis mellifera). Плос Патог. 11: e1004713.

28.Genersch, E. 2010. Патология на медоносните пчели: настоящи заплахи за медоносните пчели и пчеларството. Приложение Microbiol. Биотехнология. 87: 87–97.

29. Goblirsch, M., J. F. Warner, B. A. Sommerfeldt и M. Spivak. 2020. Социална треска или общ имунен отговор? Преразглеждане на пример за социален имунитет при медоносните пчели. Насекоми 11: 528.

30. Gottar, M., V. Gobert, T. Michel, M. Belvin, G. Duyk, J. A. Hoffmann, D. Ferrandon и J. Royet. 2002. Имунният отговор на Drosophila срещу грам-отрицателни бактерии се медиира от протеин за разпознаване на пептидогликан. Природата. 416: 640–644.

31. Guo, C., Y. Huang, P. Cong, X. Liu, Y. Chen и Z. He. 2014. Cecropin P1 инхибира вируса на репродуктивния и респираторен синдром при свинете, като блокира прикрепването. Микробиология на BMC 14: 1–11.

32. Хултмарк, Д., А. Енгстрьом, Х. Бенних, Р. Капур и Х. Г. Боман. 1982. Имунитет срещу насекоми: изолиране и структура на цекропин D и четири второстепенни антибактериални компонента от Cecropia pupae. Евро. J. Biochem. 127: 207–217.

33. Хънтър, У., Дж. Елис, Д. Ваненгелсдорп, Дж. Хейс, Д. Вестервелт, Е. Глик, М. Уилямс, И. Села, Е. Маори, Дж. Петис и др. 2010. Мащабно полево приложение на RNAi технология, намаляваща израелската остра вирусна парализа при медоносните пчели (Apis mellifera, Hymenoptera: Apidae). Плос Патог. 6: e1001160.

34. Имлер, Ж.-Л. 2019. Резервоарът за разнообразие от насекоми за вируси и антивирусни механизми. Comptes Rendus Biologies 342: 260–262.

35. Йохансон, Х., К. Дхайгуде, С. Линдстрьом, Х. Хелантера, Л. Сундстрьом и К. Тронти. 2013. Метатранскриптомичен подход за идентифициране на микробиота, свързана с очакваната мравка Formica. Плос едно. 8: e79777.

36. Канеко, Т. и Н. Силвърман. 2005. Бактериално разпознаване и сигнализиране по пътя на Drosophila IMD. клетка. Microbiol. 7: 461–469.

37. Клейно, А. и Н. Силвърман. 2014. Пътят на IMD ​​на Drosophila при активирането на хуморалния имунен отговор. Dev. Comp. Immunol. 42: 25–35.

38. Kleino, A. и N. Silverman. 2019. Регулиране на пътя на Drosophila Imd чрез сигнализиране на амилоиди. Биохимия на насекоми. Mol. Biol. 108: 16–23.

39. Kuhn-Nentwig, L. 2003. Антимикробни и цитолитични пептиди на отровни членестоноги. клетка. Mol. Life Sci. 60: 2651–2668.

40. Lamiable, O. и J. L. Imler. 2014. Индуциран антивирусен вроден имунитет при Drosophila. Curr. мнение Microbiol. 20: 62–68.

41. Лард, C. F., J. Schmidt, B. Morris, L. Estes, C. Ryan и D. Bergquist. 2006. Икономическо въздействие на внесените огнени мравки в Съединените американски щати. Тексаски университет A&M, Катедра по селскостопанска икономика, Тексаска селскостопанска експериментална станция, Колидж Стейшън, Тексас.

42. Lester, P.J., K.H. Buick, J.W. Baty, A. Felden и J. Haywood. 2019. Различни бактериални и вирусни патогени предизвикват

For more information:1950477648nn@gmail.com