Urođeni imunološki odgovor eusocijalnih Hymenopterana na izazov virusnih patogena

Abstract

Posljednjih godina, imunologija insekata se brzo proširila u istraživačkom interesu, a dostupna literatura se proširila u naturi. Insekti se bore protiv patogena kroz niz bihevioralnih i fizioloških imunoloških obrana. Potreba za snažnim imunitetom posebno je važna za eusocijalne insekte; blizina gnijezda povećava izloženost i prijenos patogena. Nadalje, eusocijalnost uključuje kohabitaciju hiljada pojedinaca sa karakteristično smanjenom genetskom varijabilnosti, povećavajući osjetljivost na epidemije bolesti.

Da bi se borili protiv toga, razvili su različite odgovore na patogene, uključujući individualnu urođenu imunološku odbranu, društveni imunitet i izlučivanje moćnih hemikalija u žlijezdama. Socijalni imunitet koji koristi Hymenoptera je revidiran dok je pregled n; viruseseseseseseses razvijene prema našem saznanju koje se bave urođenim imunitetom eusocijalnih Hymenopterana na virusne patogene napadače. Tvrdimo da je takav pregled važan za unapređenje razumijevanja biologije Hymenopteran i da je kritičan za primijenjena interesovanja. Dalje tvrdimo da su implikacije urođenog imuniteta eusocijalnog Hymenopterana dalekosežne; njihov uspjeh je izvor kako značajnog ekonomskog gubitka u slučaju invazivnih mrava tako i značajnog ekonomskog dobitka u slučaju medonosne pčele Apis mellifera.

I imunologija insekata i ljudska imunologija pripadaju imunološkoj grani biologije, ali uglavnom proučavaju različite biološke sisteme. Imunologija insekata proučava imunološki sistem insekata i kako on reaguje na vanjske patogene, dok ljudska imunologija proučava imuni sistem ljudi i kako funkcionira da se brani od vanjskih patogena. Iako su ciljevi istraživanja ova dva različita, postoje neke veze između njih. Na primjer, neki rezultati istraživanja u imunologiji insekata mogu pružiti inspiraciju i referencu za ljudsku imunologiju, a neki visokoefikasni antimikrobni peptidni molekuli koji se nalaze u imunologiji insekata mogu se koristiti i za razvoj imunoloških lijekova za ljudski imuni sistem. Osim toga, imunologija insekata također pruža neke primjere istraživanja o interakciji između patogena i imunološkog sistema domaćina za ljudsku imunologiju i pruža neke reference za otkrivanje i razvoj novih lijekova za ljudski imunitet. U svakodnevnom životu moramo poboljšati svoj imunitet. Otkrili smo da Cistanche može poboljšati imunitet. Cistanche je bogat raznim antioksidativnim supstancama, kao što su vitamin C, karotenoidi, itd. Ovi sastojci mogu ukloniti slobodne radikale, smanjiti oksidativni stres i poboljšati otpornost imunološkog sistema.

Click cistanche tubulosa pogodnosti

Ključne riječi:

imunitet, eusocijalni Hymenoptera, virus.

Virusni patogeni su među najvažnijim i najmanje shvaćenim imunološkim izazovima s kojima se suočavaju eusocijalni insekti (Lester et al. 2019). Virusi iz porodice Solinviviridae prirodni su neprijatelji glavnih eusocijalnih štetočina insekata, crvenog uvezenog vatrenog mrava Solenopsis invicta (Valles et al. 2004, Valles and Rivers 2019) i žutosmeđeg ludog mrava Nylandria fulva (Hymenoptera: V Formicidae et al.) 2012). Uvođenje ovih patogena u invazivna područja je područje od interesa za biološki nadzor. U isto vrijeme, medonosna pčela Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) je pogođena poremećajem kolapsa kolonije povezanim s virusnom infekcijom (Chejanovsky et al. 2014), a uspjeh kolonije ovisi o sposobnosti da odgovori na izazove ovih patogena. Invazivne vrste mrava su odgovorne za milijarde američkih dolara gubitaka godišnje za niz ekonomskih interesa (Lard et al. 2006, Adams 2019).

S druge strane, medonosna pčela je jedan od najvažnijih insekata u smislu ekonomskog doprinosa, a održavanje njihovog zdravlja kao odgovor na virusne patogene koji ih muče važno je za bezbrojne interese (Genersch 2010). Ovaj pregled se temelji na nedavnom i rastućem broju radova koji detaljno opisuju imunološke odgovore eusocijalnih insekata, s primarnim interesom fokusiranim na urođeni imuni sistem. Počinjemo sa kratkim opisom socijalnog imuniteta na nivou kolonije, obraćajući posebnu pažnju na odbranu na nivou kolonije. Zatim sužavamo opseg na individualni nivo, fokusirajući se na urođeni imuni odgovor. Predstavljamo kompilaciju sve veće literature i istraživanja o eusocijalnom urođenom imunološkom odgovoru na virusne patogene i nudimo neka nova pitanja kojima se treba baviti u budućem radu u ovoj uzbudljivoj oblasti.

Eusocijalnost kod insekata evoluirala je nezavisno više puta, posebno kod termita i Hymenoptera (Nowak et al. 2010, Quiñones i Pen 2017). Uprkos prednostima eusocijalnosti, okruženje stvoreno zajedničkim životom takođe stvara pogodan scenario za parazite i patogene; stalna dostupnost izvora hrane, prisustvo ranjivih nezrelih osoba i gostoljubive temperature okoline pružaju izuzetno okruženje za veliko opterećenje patogenima i parazitima (Feldhaar i Gross 2008). Povećani kontakt između srodnika iz gnijezda može dovesti do povećane mogućnosti za prijenos patogena, a povećana povezanost klasične s eusocijalnom strukturom rezultira sličnom osjetljivošću na patogene (Baracchi et al. 2012b). Ova kombinacija karakteristika je veoma pogodna za izbijanje epidemije bolesti (Quevillon 2018, Pinilla-Gallego et al. 2020). Iz ovih razloga, pojava strukture eusocijalne kolonije podstakla je potrebu za snažnim odgovorom na niz napadača, kako patogenih tako i parazitskih. Eusocijalni insekti susreću se s ovim izazovom na mnogo načina, od širokog društvenog imunološkog odgovora do individualnog, kemijski posredovanog urođenog imunološkog odgovora.

Budući da beskičmenjaci, uključujući eusocijalne insekte, nemaju pravi imuni sistem posredovan antitijelima, na njihov uspjeh u velikoj mjeri utiče njihova sposobnost da funkcioniraju kao jedinica u imunološkom odgovoru na nivou kolonije (socijalni imunitet), a na individualnom nivou putem urođenog imuniteta odgovori (Erler et al. 2011, Myllymäki i Rämet 2014, Palmer i Jiggins 2015). Kroz historiju se odvijala evolucijska "trka u naoružanju" između domaćina insekata i patogena koji ih inficiraju (Erler et al. 2011). Reakcija insekata na patogene na imunološkom nivou je područje od interesa koje je dobro proučavano kod komaraca i uzornog organizma Diptera Drosophila (Diptera: Drosophilidae) (Palmer i Jiggins 2015). Nedavno interesovanje koje se fokusira na imunitet društvenih Hymenoptera odražava rastuću svijest o njihovoj važnosti za ljudske interese.

Društveni imunitet na nivou superorganizma

Izraz "socijalni imunitet" odnosi se na adaptacije i modifikacije ponašanja koje doprinose odbrani kako pojedinca tako i na nivou kolonije od infekcije. Socijalni imunitet zavisi od saradnje kolonije u izbegavanju, ublažavanju i uklanjanju parazitskih infekcija (Cremer et al. 2007, Cremer i Sixt 2009, Erler et al. 2011, Cremer et al. 2018). Društveni insekti pokazuju impresivan repertoar ovih bihevioralnih imunoloških odbrana cijele kolonije. Strategije parenja mogu biti među prvim odbranama od prijetnje patogena; ženski reproduktivni organi društvenih insekata su uglavnom monogamni i pare se u jednom događaju, čime se smanjuje prijenos patogena i parazita na primarne reprodukcije i smanjuje potencijal za vertikalni prijenos patogena (Cremer et al. 2007). Imuni odgovor A. mellifera na napadače počinje izvan kolonije sa specijaliziranim pčelama čuvaricama koje su stacionirane na ulazu u koloniju kako bi zaraženim ili parazitiranim pojedincima onemogućili pristup gnijezdu (Waddington i Rothenbuhler 1976, Drum i Rothenbuhler 1985, 20 Cremer et al.).

Kada je prva linija obrane na kontrolnim punktovima neadekvatna da spriječi neprijateljsku invaziju, primjenjuje se niz drugih društvenih imunoloških odgovora uključujući alogrooming za uklanjanje parazita, društvenu groznicu za ubijanje bakterija i profilaktičko uzimanje smola koje podržavaju i povećavaju hemijsku otpornost na infekciju. (Cremer et al. 2007). Društvene groznice kod mrava (Cremer 2019) i medonosnih pčela (Goblirsch et al. 2020) mogu efikasno kuhati mikroorganizme i parazitske napadače, neutralizirajući ili smanjujući prijetnju koju predstavljaju takvi napadači (Sugahara i Sakamoto 2009, Goblirsch et al. 2020).

Antimikrobni peptidi takođe u velikoj meri doprinose i društvenom imunitetu i individualnom imunološkom odgovoru; Pčelinji otrov ima antimikrobna svojstva kada se nanese na kutikulu i deponuje u saću (Baracchi et al. 2011, Baracchi et al. 2012a, Moreau 2013, Simone-Finstrom 2017). Sličan fenomen je uočen kod odabranih vrsta mrava, kod kojih se čini da kutikularna primjena otrova ima sanitarne implikacije (Tragust et al. 2013, Simone-Finstrom 2017). Higijensko ponašanje, uključujući prepoznavanje i uklanjanje oboljelih odraslih jedinki (Baracchi et al. 2012b) i higijensko uklanjanje ektoparazita i patogena, služe kao preventivno djelovanje u širokom spektru eusocijalnih Hymenoptera koji se hrane hrane uključujući zapadnu medonosnu pčelu A. mellifera (Božić i Valentina). 1995.), azijske medonosne pčele Apis kerana (Hymenoptera: Apidae) (Rath 1999.) i mravi koji seku listove Acromyrmex subterraneus (Hymenoptera: Formicidae) i Acromyrmex octospinosus (Hymenoptera: Formicidae al. 20) (Richard et al.9).

Dok je socijalni imunitet na nivou superorganizma vrlo koristan i kritičan u početnom odgovoru na invaziju patogena, često je nedovoljan da se prevlada virusna patogenost u odsustvu urođenog imunološkog odgovora (Brutscher et al. 2015). Nedostatak glavnih kompleksa histokompatibilnosti, T-receptora ili imunoglobulina karakterističnih za imuni sistem kičmenjaka dovodi do velikog oslanjanja na individualne mehaničke barijere za patogene i urođene (hemijski posredovane) imune odgovore. Među poznatim putevima koji su uključeni u urođeni imunitet eusocijalnih insekata na virusne patogene su signalni putevi imunodeficijencije (Imd), Toll, RNAi i Janus kinaze (JAK/STAT), kao i lučenje antimikrobnih peptida (AMP) (Barribeau et. drugi 2015, Brutscher i drugi 2015, Brutscher i Flenniken 2015).

Put imunodeficijencije (Imd).

Kod eusocijalnih Hymenoptera, uključenost imunodeficijencije ili Imd puta u odbrani od virusa je donekle zagonetna, a ogromna većina istraživanja o Imd insekata ograničena je na Drosophila. Put Imd igra složenu ulogu u istoriji života insekata, djelujući i kao put imunološkog odgovora i važan regulator u razvoju (Erler et al. 2011). U imunološkom sistemu Drosophile, Imd je odgovoran za regulaciju NF-kB proteina Relish (Dushay et al. 1996, Myllymäki i Rämet 2014) i ekspresiju većine antimikrobnih peptida Drosophile (AMP) (Myllymäki et al. 2014).

Kod Drosophile, aktivacija Imd puta počinje prepoznavanjem mikrobnih agenasa, olakšano otkrivanjem molekularnih obrazaca povezanih s patogenom (PAMP) koji su jedinstveni za patogen. Imd aktivnost se najčešće povezuje s bakterijskim patogenima, posebno gram-negativnim i određenim gram-pozitivnim bakterijama, budući da se PGRP-LC (transmembranski receptor) prvenstveno vezuje za mezodiaminopimelnu kiselinu jedinstvenu za bakterije (Kaneko i Silverman 2005, Kleino i Silverman 2014, 2019). Djeluje kao glavni receptor u pokretanju Imd puta kod sistemske infekcije, ili u lokaliziranom odgovoru srednjeg crijeva u prednjem dijelu srednjeg crijeva u lokaliziranoj infekciji (Choe et al. 2002, Gottar et al. 2002, ZaidmanRémy et al. 2006. , Myllymäki i dr. 2014.). Među uobičajenim faktorima prepoznavanja je peptidoglikan, strukturna komponenta mnogih bakterijskih patogena.

Zanimljivo je da ektopična ekspresija PGRP u masnom tijelu Drosophila može aktivirati ekspresiju antimikrobnih peptida u odsustvu infekcije (Myllymäki et al. 2014). Uključenost Imd puta varira u zavisnosti od vrste infektivnog agensa; Imd igra veću ulogu u odbrani drozofile od virusa Sindbis i virusa paralize cvrčka nego Toll, dok se čini da Imd nije u velikoj mjeri uključen u uklanjanje virusa Drosophila C (Brutscher et al. 2015).

Nedavni radovi podržavaju implikacije Imd-a u odgovoru na viruse. Molekularni rad koji je istraživao virusni imunološki odgovor kod argentinskog mrava Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae) otkrio je gradijent odgovora na različite vrste patogena. L. humile transkriptomska analiza imunog odgovora na bakterijski Pseudomonas spp. (Pseudomonadales: Pseudomonadaceae) i L. humile virus 1, dok patogen pčele medonosne biljke Black Queen Cell Virus nije izazvao veću promjenu u ekspresiji imunološkog puta (Lester et al. 2019). Relish, faktor transkripcije na putu Imd-a, kloniran je i sekvencioniran i iz Nothomyrmecia macrops (Hymenoptera: Formicidae) i nekoliko vrsta Myrmecia mrava, i vjerovatno je umiješan u povećano lučenje antimikrobnih peptida (Schlüns i Crozier, Schluns 2009 i Crozier 2007). ). Meta-analiza odgovora na nivou transkripcije kod medonosne pčele A. mellifera u tretmanima izloženosti virusu vektoriranim varoa grinjama također je pokazala diferencijalnu ekspresiju Imd gena iap2 i rel (Doublet et al. 2017).

Dok eusocijalno uključivanje Imd insekata u virusni imunološki odgovor ostaje donekle izbjegavajuće, nedavni rad na Drosophili doveo je do identifikacije dreidela, gena koji kodira cirkulirajući protein uključen u supresiju Imd. Deidel je otet od strane nekoliko DNK virusa insekata, potiskujući aktivaciju Imd puta u imunološkom odgovoru domaćina na virusnu infekciju. Ovo je zauzvrat dovelo do otkrića da su kinaza IKK i transkripcijski faktor NF-K kritični za uklanjanje virusa Drosophila C i virusa paralize kriketa (Imler 2019). Oba ova virusa su članovi virusne porodice Dicistroviridae, kojoj pripadaju mnogi virusni patogeni čiji su domaćini eusocijalni Hymenoptera.

Toll Pathway

Kao što je slučaj sa mnogim imunološkim putevima insekata, većina rada na insekata Toll-u fokusirana je na Drosophila. Putarina je visoko očuvan put kroz rodove i sastavni je dio imunološkog odgovora i razvojnih procesa kičmenjaka i insekata (Evans et al. 2006). Učinak je najčešće impliciran u gljivičnom i gram-pozitivnom imunitetu kod insekata, ali dokazi pokazuju da virusni imuni odgovor može biti uzrokovan i signalizacijom Toll (Doublet et al. 2017, Rosales i Vonnie 2017, Lester et al. 2019, Baty et al. 2020). U Drosophila, Toll je iniciran cijepanjem citokina sličnog transkripcionog faktora Spatzle i vezivanjem C-terminalnog fragmenta leucinom bogatog repetitora (LRR) Toll (Weber et al. 2007, Lindsay i Wasserman 2014).

Kada se Spatzle veže na Toll LRR, Toll se dimerizira i postaje aktivan. Nakon aktivacije, domeni homologije Toll/interleukina-1 receptora (TIR) ​​dimeriziraju se, što promoviše vezivanje adapterskog proteina MyD88 preko njegovog TIR domena. MyD88 zatim vezuje adapter proteinske cijevi i regrutuje protein kinazu Pelle koja se vezuje za domene smrti. Regrutovanje Pelle-a dovodi do autofosforilacije Pelle-a, što indukuje degradaciju inhibitora Cactus. Degradacija kaktusa izaziva oslobađanje transkripcionih faktora ili Diff ili Dorsal, koji se zatim translociraju u jezgro (Lindsay i Wasserman 2014).

Učinak je također uključen u imunološki odgovor eusocijalnih Hymenoptera. Značajno je da postoje dva vjerodostojna Spatzle ortologa evidentna u genomu pčele (GB13503, GB15688) (Evans et al. 2006). Sekvenciranje genoma medonosne pčele takođe je otkrilo dva homologa Drosophila transkripcionog faktora Dorsal, i intracelularne komponente Cactin, Pellino, TNF receptor povezan faktor-2 i Tollip.

Vjeruje se da sve ove komponente igraju glavnu ulogu u putu cestarine, a čini se da su sve prisutne i u vrstama Drosophila i medonosnih pčela (Evans et al. 2006, Doublet et al. 2017). Transkripcijske studije su implicirale Toll u složenu ulogu u virusnom odgovoru kod pčela; mlade pčele eksperimentalno zaražene virusom izraelske akutne paralize (IAPV) pokazale su povećanu ekspresiju Toll gena, dok zrelije, prirodno zaražene pčele nisu pokazale transkripcijsku implikaciju Toll (Brutscher et al. 2015, Galbraith et al. 2015). Iako je imuni odgovor mrava virusa i dalje slabo shvaćen, nedavni rad na argentinskom mravlju L. humile također je podržao uvjerenje da je osnovni skup imunoloških gena uključen u imunološki odgovor mrava na izazov patogena (Lester et al. 2019). Toll pathway NF-kB homolog dorzalno-1A je transkripcijski induciran u medonosnim pčelama radilica kada ih parazitira grinja Varroa, što snažno ukazuje na to da je Toll umiješan u odgovor na infekciju virusom deformisanih krila (DWV), jer je Varoa odgovorna za DWV prijenos na pčele (Doublet et al. 2017).

Druge komponente puta Toll identificirane su i kod eusocijalnih Hymenoptera. Transkripcijski faktor Relish je kloniran i sekvencioniran u vrstama mrava Nothomytmecia macros, kao i nekoliko vrsta Myrmecia, (Schluns i Crozier 2009, Johansson et al. 2013, Lindsay i Wasserman 2014). Slično, komponente Toll signalnog puta Toll, Pelle i Dorsal su klonirane i sekvencionirane u Formica aquilegia (Hymenoptera: Formicidae) (Lindsay i Wasserman 2014).

Toll signalni put je također uključen u imuni odgovor globalno invazivnih mrava na izazov virusnih patogena. Lester i ostali, 2019. koristili su analizu sekvenciranja RNA za identifikaciju virusa koji inficiraju invazivne Hymenopterans. Najjače povezani imuni geni uključeni u virusnu infekciju RNA pozitivnog čula (virus deformisanog krila i virus Linepithema humile-1) su proteini za prepoznavanje peptida koji su dodijeljeni Toll i Imd putevima kod invazivnih argentinskih mrava (Lester et al. 2019. ). Ovo ukazuje na veliko obećanje za slično učešće Toll puta u odgovoru crvenog uvezenog vatrenog mrava na viruse Solenopsis invicta, budući da su ovi virusi takođe pozitivni, jednolančani RNA virusi (Valles et al. 2004).

Antimikrobni peptidi

Antimikrobni peptidi (AMP) su raznoliki, visoko konzervirani i ključni efektori prisutni u različitim imunološkim sistemima kičmenjaka i beskičmenjaka. AMP su uključeni u imunološki odgovor protiv nekoliko skupina patogena i djeluju kao odgovor na mikrobne membrane patogena. Oni se općenito sastoje od 15-20 aminokiselina i klasificirani su na osnovu njihove aminokiselinske strukture i sastava (Wu et al. 2018). Dok su AMP primarno efektori protiv bakterijskih patogena, neki su efikasni u odgovoru na virusne izazove (Evans i Lopez 2004, Yi et al. 2014, Wu et al. 2018).

Među njima su cekropini, koji su prvobitno identifikovani i izolovani iz hemolimfe cecropia moljca Hyalophora cecropia (Lepidoptera: Saturniidae) od čega je i izvedeno ime (Hultmark et al. 1982). Dok su cekropini u velikoj mjeri uključeni u odbranu od gram-pozitivnih i gram-negativnih bakterija, cekropin P1 inhibira oslobađanje virusnih čestica i ublažava apoptozu izazvanu virusom (Schluns i Crozier 2009., Guo et al. 2014., Wu et al. 2018.), širenje virusa. Mehanizam djelovanja uključuje prekid virusne ovojnice i pokazuje značajno inhibitorno djelovanje na oslobađanje virusnih čestica (Schluns i Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018).

Nekoliko AMP je identifikovano kod mrava; defenzini su prepoznati kloniranjem i sekvenciranjem u 25 vrsta mrava i 2 vrste Myrmica (Schluns i Crozier 2009). Među identificiranim genima povezanim s AMP je jedan koji kodira inhibitor serin proteaze koji bi mogao biti uključen u imunološku signalizaciju (Schluns i Crozier 2009). Dva AMP koja su slična himenopteranu i opet iz medonosne pčele A. mellifera identifikovana su u crvenom uvezenom vatrenom mravu Solenopsis invicta (Tian et al. 2004). Ova dva AMP-a su jače izražena kod novopečenih matica S. invicta nego kod nesparenih matica, što ukazuje na imunološki izazov povezan sa parenjem (Evans et al. 2006). AMP su takođe identifikovani u otrovu nekih mrava (Kuhn-Nentwig 2003). Među njima su inzulini, koji pokazuju sličnost sa melitinom iz A. mellifera. Melittin je antimikrobni i hemolitički (Schluns i Crozier 2009).

Pokazalo se da vrste Bombus i A. mellifera imaju kopije gena AMP defenzina (1 kopija kod Bombusa i 2 kopije kod A. mellifera) (Barribeau et al. 2015). Dok je himenopteran opet povezan s imunološkim odgovorom bakterija, autori primjećuju da velika degradacija tkiva povezana s deflacijom može pokrenuti oslobađanje mikroorganizama vezanih za ćelije, pokrećući oslobađanje AMP kao odgovor (Tian et al. 2004). Sličan fenomen mogao bi biti uključen u virusni imuni odgovor. Medonosna pčela A. mellifera je jedinstvena u svojoj primjeni AMP-a kao oblika društvenog i molekularnog imunološkog odgovora; royalizing je defenzin od insekata izolovan iz matične mliječi pčele i igra ulogu u imunitetu i razvoju (Bílikova et al. 2015). Međutim, treba napomenuti da su AMP identificirani u društvenim Hymenopterans uključeni u odgovor na bakterijske (Gram-pozitivne i Gram-negativne) i gljivične patogene (Wu et al. 2018). Učešće AMP-a u imunološkom odgovoru eusocijalnog Hymenopterana virusa nije dokumentovano prema našim saznanjima, ali dokazi sugeriraju da bi ovo moglo biti uzbudljivo područje istraživanja (Lester et al. 2019).

RNAi

RNAi, ili RNA interferencija/utišavanje, je visoko očuvan regulatorni i odbrambeni put kojim se Drosophila i drugi insekti bore protiv virusne infekcije. RNAi put se odvija kroz dva glavna koraka, inicijaciju i izvršenje (Van Rij et al. 2006, Zambon et al. 2006). U inicijaciji, dvolančane RNK (dsRNA) se obrađuju endoribonukleazama Dicer1 ili Dicer2 u manje segmente dsRNA sa 3' previsokim krajevima. Obrađene, manje RNK se koriste za pokretanje koraka izvršenja RNAi (Zambon et al. 2006, Brutscher i Flenniken 2015, Brutscher et al. 2015). Nakon inicijacije, mali dijelovi RNK se inkorporiraju u RISC, ili RNA-inducirani kompleks za utišavanje. Ovo uključuje vezivanje lanca šablona za Argonaut protein. Anti-sense lanac malih dsRNA se zatim ugrađuje u RISC pomoću proteina r2d2 (Schwarz et al. 2004). Pojedinačni lanac dsRNA inkorporiran u RISC vezivanjem za protein Argonauta ostaje i služio je kao vodič za lociranje komplementarne mRNA.

Ovo se zove vodič. Vezivanje za mRNA unutar ćelije je precizno zbog vođenja uparivanja baza između lanca vezanog za RISC i mete. Nakon vezivanja, Argonaut inicira i katalizira cijepanje ciljane mRNA, što rezultira degradacijom. Proces je sličan kada se mikroRNA koriste kao vodeći lanac u Argonautu, ali vođenje miRNA može rezultirati nepreciznim vezivanjem i degradacijom većih mRNA (Schwarz et al. 2004). Iako je od vitalnog značaja za regulaciju nekoliko endogenih mRNA, vezivanje i degradacija RNAi su također uključeni u kontrolu virusa i visoko su očuvani u različitim organizmima uključujući biljke, beskičmenjake i neke bakterije (Robbins et al. 2009).

Put siRNA uključen je u odbranu od virusnih patogena kod Drosophila i drugih insekata. Pokazalo se da je infekcija virusom Flockhouse minimalno virulentna protiv Drosophile kod muha divljeg tipa (50 posto preživljavanja 15 dana nakon infekcije), dok su mutirane muhe Dicer-2 pokazale 60 posto smrtnosti 6 dpi i 95 posto pri 15 dpi (Wang et al. 2006). Put siRNA je visoko očuvan i također je uključen u društveni imuni odgovor na virus Hymenopterana. Većina virusnih patogena koji inficiraju društvenu medonosnu pčelu Hymenopterana A. mellifera su RNA virusi iz porodica Dicistroviridae i Iflaviridae (Niu et al. 2014). Dubinsko sekvenciranje obavljeno na kolonijama koje pate od poremećaja kolapsa, kolonije su identificirale obilje 21-22 nukleotidnih siRNA sa savršenom sekvencom koja se podudara s izraelskim virusom akutne paralize (IAPV), virusom kašmirskih pčela, virusom deformisanih krila (DWV) (Hunter et al. 2010.), i A. mellifera rhabdoviruses-1 i -2 (McMenamin i Flenniken 2018). Demonstrirano je smanjenje virusnog titra IAPV i DWV, podržavajući tvrdnju da je put siRNA uključen u virusni imuni odgovor kao kod Drosophile (Hunter et al. 2010). Slični rezultati uočeni su kada su kolonije pčela medonosnih pčela u Izraelu i Sjedinjenim Državama eksperimentalno izazvane sa osam različitih virusnih vrsta (Chejanovsky et al. 2014).

Slično, pčelinje kolonije u Floridi i Pensilvaniji izazvale su značajnu zaštitu od negativnih efekata IAPV-a od izlaganja homolognoj dsRNA (Hunter et al. 2010). Povećana ekspresija dicera i argonauta-2 dogodila se kod izlaganja i eksperimentalnom modelu virusa (Brutscher et al. 2017.) i patogenu virus izraelske akutne paralize (IAPV) u medonosnoj pčeli (Galbraith et al. 2015.). Larve A. cerana tretirane dsRNA specifičnom za kineski Sacbrood virus također su rezultirale smanjenjem virusnog titra virusa prisutnog unutar uzorkovanih kolonija (Brutscher et al. 2015, Brutscher i Flenniken 2015). Ovi rezultati su vjerovatno relevantni za interese invazivnog odgovora mrava na virusne patogene, budući da su mnogi patogeni koji inficiraju invazivne mrave, ili su ranije bili klasifikovani kao članovi virusne porodice Dicistroviridae (Lester et al. 2019, Baty et al. 2020).

JAK/STAT

Kod Drosophile, ligandi puta JAK/STAT (Janus kinaza/pretvarač signala i aktivator transkripcije) uključuju tri proteina slična citokinu pod nazivom neupareni (up), neupareni2 (upd2) i neupareni3 (upd3). Sve je uzrokovano ranjavanjem tkiva. Upd se inducira bakterijskim imunološkim odgovorom, ali upd2 i upd3 se induciraju kao odgovor na otkrivanje virusnog patogena. Kao odgovor na patogenu invaziju, svaki od gornjih molekula se specifično vezuje za jedinstveni receptor koji se zove Domeless. Kod Drosophile postoji jedan JAK (Avadhanula et al. 2009) i jedan STAT transkripcijski faktor, poskok i Stat92E, respektivno.

Kao odgovor na vezivanje citokina za receptor, receptor dimerizira i aktivira JAK. Aktivirani JAK-ovi zatim fosforiliraju jedan drugog, kao i specifične ostatke tirozina na receptoru, koji tada djeluju kao mjesta spajanja za domene Src homologije 2 STAT molekula. STAT-ove također fosforiliraju JAK, omogućavajući im da se dimeriziraju i translociraju u jezgro kako bi djelovali kao promotori svojih ciljnih gena (Myllymäki i Rämet 2014).

Put JAK/STAT kod insekata najbolje je proučavan kod Drosophile, koju muči nekoliko virusnih prirodnih neprijatelja. Kao što je slučaj u odgovoru insekata na druge patogene, imuni odgovor Drosophile na virusne patogene uključuje unakrsno razgovor između više sistema, uključujući Toll i JAK/STAT. Geni imunološkog odgovora izazvani napadačima gljivičnih i bakterijskih patogena razlikuju se od onih induciranih virusima, što ukazuje na specifičan sistem odgovora prilagođen napadačima na koje ciljaju (Myllymäki i Rämet 2014). Također je primjećeno da se mnogi geni aktiviraju putem JAK/STAT kao odgovor na virus Drosophila C, a virusno opterećenje i smrtnost se povećavaju s nedostatkom ovog puta (Myllymäki i Rämet 2014).

Pokazano je da je ekspresija citokina Upd2 i Upd3 kod Drosophile snažno indukovana nakon infekcije virusom paralize cvrčka (porodica Dicistroviridae) (Lamiable i Imler 2014). Ovo je relevantno za imunološke studije na invazivnim mravima i pčelama, budući da su mnogi patogeni koji inficiraju ove eusocijalne Hymenoptera članovi Dicistroviridae. Patogeni vatrenih mrava, Solenopsis invicta virusi, prvobitno su bili smešteni u istu porodicu virusa (Valles et al. 2004) i mogli su da reaguju slično mnogo detaljnije proučavanom modelu Drosophila. Nadalje, putevi siRNA i JAK/STAT uključeni su u međusobnu međusobnu komunikaciju kao odgovor na patogenu invaziju (Niu 2015), a JAK/STAT je umiješan u virusni imunološki odgovor kod Hymenopterana Bombus terrestris, buff-tailed bumbar.

Da bi procijenio učešće JAK/STAT-a u imunološkom odgovoru virusa B. terrestris, Niu, 2015. je utišao ključnu JAK/STAT komponentu Hmelj prije inokulacije izraelskim virusom akutne paralize (IAPV) i virusom spore pčelinje paralize (SPBV). Ova studija nije pokazala značajnu vezu između titra IAPV u poređenju sa kontrolnim neinficiranim pčelama, ali je došlo do značajnog povećanja SPBV virusnog titra dva dana nakon infekcije, što ukazuje na privremenu komponentu JAK/STAT signalizacije u virusnom imunološkom odgovoru kod B. terrestris (Niu 2015) (Dodatni materijal [samo na mreži]).

Zaključne napomene

Imunološki odgovor društvenih Hymenoptera na izazov virusnih patogena koji ih inficiraju je dinamična, višestruka tema koja se tek nedavno počela razdvojiti. Kako su takvi istraživački napori napredovali, ozbiljnost i važnost urođenog imuniteta na ekonomske interese biodiverziteta se shvataju. Eusocijalni Hymenoptera je ekološki i ekonomski značajan i po štetnim i po doprinosnim kapacitetima. Među njima, medonosna pčela A. mellifera je jedan od ekonomski najkorisnijih insekata u ljudskoj poljoprivredi, doprinoseći milijardama američkih dolara godišnje na globalnom nivou (Brutscher et al. 2015, Popovska Stojanov et al. 2021). Uprkos zapanjujuće važnoj ulozi pčela medonosnih pčela i nastojanjima da se očuvaju, više od 30 posto kolonija u Sjedinjenim Državama umire godišnje, pri čemu se mnogi od ovih gubitaka pripisuju poremećaju kolapsa kolonije (CCD) (Brutscher et al. 2015, McMenamin i Genersch 2015, McMenamin i Flenniken 2018).

Kako ovog glavnog oprašivača i dalje uništava virusna bolest, potreba za daljim istraživanjem urođenog imunološkog sistema postaje sve očiglednija. Na suprotnom kraju spektra interesovanja nalaze se invazivne vrste mrava. Invazivni mravi su izuzetno uspješni, do te mjere da uzrokuju značajne ekonomske gubitke i gubitak biodiverziteta. Imajući ovo na umu, potraga za sigurnim, efikasnim, specifičnim za domaćina i samopropagirajućim agensima biološke kontrole za borbu protiv invazivnih mrava dovela je do identifikacije nekoliko prirodnih neprijatelja virusa koji se smatraju obećavajućim agensima biološke kontrole. Iako je primjena virusnog prirodnog neprijatelja uzbudljivo područje istraživanja, razumijevanje interakcija domaćin-agens i imunološki odgovor domaćina na patogen je kritičan za uspjeh biološke kontrole. Kako utjecaj virusnih patogena koji inficiraju eusocijalne insekte postaje sve očigledniji, proširenje razumijevanja izazova virusnih patogena postaje sve relevantnije i za istraživačku nauku i za poljoprivredu.

Imunitet izazvan čak i blisko povezanim patogenima je veoma raznolik i donekle nedosledan među taksonima, a potpune implikacije ovih odgovora mogu se tek sada predvideti. Virusi mogu inhibirati indukciju određenih puteva, a imuni odgovor čak i na blisko povezane virusne prirodne neprijatelje može značajno varirati među taksonima. Zanimljivo je i zapažanje da su, posebno kod mrava, neki putevi efikasni protiv određenih virusa, ali ne i drugih; neki geni su bili u pozitivnoj korelaciji sa virusnim izazovom kod argentinskih mrava, dok su drugi u negativnoj korelaciji. Imunološki odgovor insekata na invaziju virusnih patogena je područje proučavanja koje još uvijek pruža obilje mogućnosti za nova istraživanja, posebno što se tiče pristupa biološke kontrole insekata štetočina zasnovanih na patogenima. Daljnji nedavni radovi su osvetlili ulogu prenosivih RNK ​​(Maori et al. 2019), transgeneracijskog imunološkog prajminga (Amiri et al. 2020) i proteina toplotnog šoka (McMenamin et al. 2020) u socijalnom i urođenom imunitetu. Nesumnjivo se može mnogo naučiti o imunološkom odgovoru na virusne patogene kod eusocijalnih Hymenoptera; budućnost je svijetla za ovu uzbudljivu oblast studija.

Priznanja

Ovaj projekat je finansiran od strane Teksaškog A&M univerziteta za invazivno istraživanje i upravljanje mravama.

Reference Citirano

1. Adams, C. 2019. Poljoprivredni i medicinski uticaj uvezenih vatrenih mrava. Vatreni mravi i mravi koji seku lišće, CRC Press, str. 48–57.

2. Amiri, E., J. J. Herman, M. K. Strand, D. R. Tarpy i O. Rueppell. 2020. Profil transkriptoma jaja reaguje na infekciju virusom majke kod medonosnih pčela, Apis mellifera. Zaraziti. Genet. Evol. 85: 104558.

3. Avadhanula, V., B. P. Weasner, G. G. Hardy, J. P. Kumar i R. W. Hardy. 2009. Novi sistem za pokretanje sinteze alfavirusne RNK otkriva ulogu Imd puta u antivirusnom odgovoru artropoda. Plos Patog. 5: e1000582.

4.Baracchi, D., S. Francese i S. Turillazzi. 2011. Izvan antipredatorske odbrane: funkcija pčelinjeg otrova kao komponenta društvenog imuniteta. Toxicon. 58: 550–557.

5.Baracchi, D., G. Mazza i S. Turillazzi. 2012a. Od individualnog do kolektivnog imuniteta: uloga otrova kao antimikrobnog agensa u društvima osa Stenogastrinae. J. Insect Physiol. 58: 188–193.

6.Baracchi, D., A. Fadda, and S. Turillazzi. 2012b. Dokaz antiseptičkog ponašanja prema bolesnim odraslim pčelama u pčelinjim zajednicama. 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 i S. Erler. 2015. Imuni repertoar depauperacije prethodi evoluciji društvenosti kod pčela. Genome Biol. 16: 1–21.

8. Baty, J. W., M. Bulgarella, J. Dobelmann, A. Felden i P. J. Lester. 2020. Virusi i njihovi efekti na mrave (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News 30:213–228.

9.Bílikova, K., S. C. Huang, I. P. Lin, J. Šimuth i C. C. Peng. 2015. Odnos strukture i antimikrobne aktivnosti royalizinga, antimikrobnog peptida iz matične mliječi Apis mellifera. Peptidi. 68: 190–196.

10.Božić, J., i T. Valentinčić. 1995. Kvantitativna analiza društvenog njegovanog ponašanja pčele Apis mellifera carnica [samočišćenje, ples za njegu, ektoparazit]. Apidologie, Francuska.

11. Brutscher, L. M. i M. L. Flenniken. 2015. RNAi i antivirusna odbrana u medonosnoj pčeli. J. Immunol. Res. 2015: 941897.

12. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh i M. L. Flenniken. 2015. Antivirusni odbrambeni mehanizmi kod pčela. Curr. Opin. Insect Sci. 10: 71–82.

13. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh i M. L. Flenniken. 2017. Transkripcijski odgovori izazvani virusom i dsRNA otkrivaju ključne komponente antivirusne odbrane medonosnih pčela. Sci. Rep. 7: 1–15.

14. Chejanovsky, N., R. Ophir, M. S. Schwager, Y. Slabezki, S. Grossman, i D. Cox-Foster. 2014. Karakterizacija populacija virusnih siRNA u poremećaju kolapsa pčelinjeg društva. Virology. 454-455: 176–183.

15. Choe, K. M., T. Werner, S. Stöven, D. Hultmark i K. V. Anderson. 2002. Zahtjevi za proteinom prepoznavanja peptidoglikana (PGRP) u Relish aktivaciji i antibakterijskim imunološkim odgovorima u Drosophila. Nauka. 296: 359–362.

16. Cremer, S. 2019. Socijalni imunitet kod insekata. Curr. Biol. 29: R458–R463.

17. Cremer, S. i M. Sixt. 2009. Analogije u evoluciji individualnog i društvenog imuniteta. Philos. Trans. R. Soc. London. B. Biol. Sci. 364: 129–142.

18. Cremer, S., S. A. Armitage i P. Schmid-Hempel. 2007. Socijalni imunitet. Curr. Biol. 17: R693–R702.

19. Cremer, S., C. D. Pull i M. A. Fürst. 2018. Socijalni imunitet: pojava i evolucija zaštite od bolesti na nivou kolonija. 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 i J. C. Bull. 2017. Jedinstvo u odbrani: pčelinje radnici pokazuju očuvane molekularne odgovore na različite patogene. BMC Genomics 18: 1–17.

21. Drum, N. H. i W. C. Rothenbuhler. 1985. Razlike u agresivnim reakcijama pčela radilica na bolesne i zdrave pčele u maju i julu bez uboda. J. Apicult. Res. 24: 184–187.

22. Dushay, M. S., B. Asling i D. Hultmark. 1996. Poreklo imuniteta: relish, spoj Rel-like gen u antibakterijskoj odbrani Drosophila. Proc. Natl. Akad. Sci. U. SA 93: 10343–10347.

23. Erler, S., M. Popp i H. M. Lattorff. 2011. Dinamika ekspresije gena imunog sistema nakon bakterijskog izazova i ranjavanja kod društvenog insekta (Bombus terrestris). Plos One. 6: e18126.

24.Evans, J. D., K. Aronstein, Y. P. Chen, C. Hetru, J. L. Imler, H. Jiang, M. Kanost, G. J. Thompson, Z. Zou i D. Hultmark. 2006. Imuni putevi i odbrambeni mehanizmi kod medonosnih pčela Apis mellifera. Insect Mol. Biol. 15: 645–656.

25.Evans, J. D. i D. L. Lopez. 2004. Bakterijski probiotici izazivaju imuni odgovor kod medonosne pčele (Hymenoptera: Apidae). J. Econ. Entomol. 97: 752–756.

26. Feldhaar, H. i R. Gross. 2008. Imunološke reakcije insekata na bakterijske patogene i mutualiste. Mikrobi inficiraju. 10: 1082–1088.

27. Galbraith, D. A., X. Yang, E. L. Niño, S. Yi i C. Grozinger. 2015. Paralelni epigenomski i transkriptomski odgovori na virusnu infekciju medonosnih pčela (Apis mellifera). Plos Patog. 11: e1004713.

28.Genersch, E. 2010. Patologija medonosnih pčela: trenutne prijetnje pčelama i pčelarstvu. Appl. Microbiol. Biotechnol. 87: 87–97.

29. Goblirsch, M., J. F. Warner, B. A. Sommerfeldt, i M. Spivak. 2020. Socijalna groznica ili opći imuni odgovor? Ponovno razmatranje primjera socijalnog imuniteta kod pčela. Insekti 11: 528.

30. Gottar, M., V. Gobert, T. Michel, M. Belvin, G. Duyk, J. A. Hoffmann, D. Ferrandon i J. Royet. 2002. Imuni odgovor Drosophile protiv gram-negativnih bakterija je posredovan proteinom koji prepoznaje peptidoglikane. Priroda. 416: 640–644.

31. Guo, C., Y. Huang, P. Cong, X. Liu, Y. Chen, i Z. He. 2014. Cecropin P1 inhibira virus reproduktivnog i respiratornog sindroma svinja blokiranjem vezivanja. BMC Microbiology 14: 1–11.

32.Hultmark, D., A. Engström, H. Bennich, R. Kapur i H. G. Boman. 1982. Imunitet na insekte: izolacija i struktura cekropina D i četiri manje antibakterijske komponente iz cecropia pupae. EUR. J. Biochem. 127: 207–217.

33.Hunter, W., J. Ellis, D. Vanengelsdorp, J. Hayes, D. Westervelt, E. Glick, M. Williams, I. Sela, E. Maori, J. Pettis, et al. 2010. Terenska primjena RNAi tehnologije velikih razmjera za smanjenje izraelske akutne virusne paralize kod pčela medonosnih pčela (Apis mellifera, Hymenoptera: Apidae). Plos Patog. 6: e1001160.

34.Imler, J.-L. 2019. Rezervoar insekata raznovrsnosti za viruse i antivirusne mehanizme. Comptes Rendus Biologies 342: 260–262.

35. Johansson, H., K. Dhaygude, S. Lindström, H. Helanterä, L. Sundström i K. Trontti. 2013. Metatranskriptomski pristup identifikaciji mikrobiote povezane sa mravom Formica. Plos One. 8: e79777.

36. Kaneko, T., i N. Silverman. 2005. Bakterijsko prepoznavanje i signalizacija putem Drosophila IMD puta. Cell. Microbiol. 7: 461–469.

37. Kleino, A., i N. Silverman. 2014. Put Drosophila IMD u aktivaciji humoralnog imunološkog odgovora. Dev. Comp. Immunol. 42: 25–35.

38. Kleino, A., i N. Silverman. 2019. Regulacija puta Drosophila Imd signaliziranjem amiloida. Insect Biochem. Mol. Biol. 108: 16–23.

39.Kuhn-Nentwig, L. 2003. Antimikrobni i citolitički peptidi otrovnih artropoda. Cell. Mol. Life Sci. 60: 2651–2668.

40. Lamiable, O., i J. L. Imler. 2014. Inducirani antivirusni urođeni imunitet u Drosophila. Curr. Opin. Microbiol. 20: 62–68.

41.Lard, C. F., J. Schmidt, B. Morris, L. Estes, C. Ryan i D. Bergquist. 2006. Ekonomski utjecaj uvezenih vatrenih mrava u Sjedinjenim Američkim Državama. Texas A&M University, Odsjek za poljoprivrednu ekonomiju, Texas Agricultural Experiment Station, College Station, TX.

42. Lester, P. J., K. H. Buick, J. W. Baty, A. Felden i J. Haywood. 2019. Različiti bakterijski i virusni patogeni okidači

For more information:1950477648nn@gmail.com