Laboratoř rybí protistologie (Ivan Fiala)

MYXOZOA

Myxozoa (rybomorky) jsou rozmanitou skupinou živočichů ze skupiny žahavců, u nichž došlo k výrazné redukci velikosti těla jakožto morfologické adaptaci na parazitický způsob života, která jim umožnila mimo jiné osídlit nejrůznější typy vodního prostředí. Myxozoa charakterizuje složitý životní cyklus: hostiteli myxozoí jsou obratlovci (ryby) a bezobratlí (mechovky - Bryozoa, vodní kroužkovci - Polychaeta nebo Oligochaeta). Některé druhy způsobují významné škody v oblasti akvakultury.bV naší laboratoři se zabýváme řadou aspektů problematiky myxozoí:

Modelový organismus pro výzkum myxozoí

Funkční výzkum myxozoí je velmi obtížný, a proto také mnoho aspektů jejich biologie zůstává stále neodhaleno. Hlavním důvodem je to, že nám stále chybí in vitro modelu a jen omezená možnost in vivo modelů, které by umožnily funkční analýzy. Pouze několik životních cyklů je kontinuálně udržováno ve výzkumných laboratořích po celém světě, protože jejich udržení je obtížné a časově náročné, přičemž k produkce infekčních stadií spor v rybách v kulturách máloštětinatců nebo mnohoštětinatců je zapotřebí několik týdnů nebo měsíců. Nedávno jsme zavedli první kontinuální in vivo model pro pre-sporogonická proliferativní stadia myxozoí (Born-Torrijos et al. 2022, Cells 11: 377). Naším modelem je Sphaerospora molnari, běžný parazit kapra obecného, Cyprinus carpio Eszterbauer et al. 2013, Dis Aquat Org 104:59-57). Během přirozené infekce S. molnari invaduje epitelie kůže a žaber, kde tvoří spory a způsobuje výrazné dystrofické změny a nekrózu. Než dojde k tvorbě spor se S. molnari množí v krvi kaprů a tvoří vysoce pohyblivá krevní stadia (Hartigan et al. 2016, Sci Rep 6:39039).  Náš výzkumný model se zaměřuje na tento raný intrapiscinní vývoj a překonává problémy související s dobou do tvorby spor v bezobratlých hostitelích přenosem krevních stadií z ryby na rybu. Jsme také schopni kultivovat a množit tato stadia po několik dní in vitro. Zároveň máme k dispozici genomická a transkriptomická data pro zkoumání genů parazita a hostitele. Model nám tedy umožňuje zkoumat expresi genů specifických pro stádium, interakce hostitel-parazit, stejně jako identifikaci potenciálních terapeutických cílů (Hartigan et al. 2020, BMC Genomics 21:404; Korytar et al. 2019, Parasit Vect 12:208; Korytar et al. 2020, Parasite Immunol 42:e12683).

Využívání hostitele myxozoi

S využitím transkriptomických a proteomických analýz kombinovaných s experimenty in vitro a in vivo se snažíme lépe porozumět tomu, jak se proliferativní stádia rybomorek množí v krvi, jak využívají dostupné zdroje a jaké mechanismy využívají k obcházení obranyschopnosti hostitelů. Náš modelový organismus, S. molnari, používá vysoce odvozený cytoplazmatický aktin k unikátnímu typu buněčného pohybu, který má velký význam pro vyhýbání se kontaktu s buňkami imunitního systému hostitele. (Hartigan et al. 2016, Sci Rep 6: 39093). Kromě této motility používá S. molnari k přežití a šíření v hostitelské krvi široký repertoár proteolytických enzymů, z nichž některé jsou exprimovány pouze během proliferace a mají zvláštní význam pro časné šíření parazitární infekce u ryb. V současné době biochemicky charakterizujeme některé proteázy a specifické inhibitory proteáz. Hlavním zdrojem živin pro krevní stádia parazita jsou červené krvinky (Korytar et al. 2020, Parasite Immunol. 42:e12683). Jejich imunitní odpověď a také jejich role v přenosu energie / výživy jsou předmětem dalšího zkoumáni. Souběžně zkoumáme imunologickou reakci kapra na S. molnari, která probíhá v několika fázích; počáteční skrytá infekce charakteristická nízkou úrovní zánětu a aktivací imunitního systému je následována významně protizánětlivou reakcí po uvolnění proliferativních stádií do krevního řečiště. (Korytar et al. 2019, Parasit Vect 12: 208) V dalších experimentech jsme rozšířili dostupné znalosti o kinetice subpopulací leukocytů během infekce a vyhodnotili jejich proliferační kapacitu v hlavních lymfatických orgánech. Tato proliferace vede k významnému zvýšení počtu cirkulujících B lymfocytů produkující specifické protilátky proti S. molnari. Tyto protilátky, vykazující silnou lytickou aktivitu in vitro, nedokáží zabránit množení parazita in vivo, což naznačuje možnou únikovou strategii využívanou parazitem. V současnosti se věnujeme charakterizaci změn v antigenním složení během životního cyklu parazita a jeho dopad na aktivitu a efektorové vlastnosti B lymfocytů.

PARAZITIČTÍ PRVOCI

Kromě hlavního zaměření na skupinu Myxozoa se věnujeme také poznávání rozsáhlé diverzityparazitických protist z vodního prostředí. Studujeme jejich distribuci, vzájemné interakce, patologii, vztahy s hostiteli, ekologii, ale i funkční a evoluční aspekty. Níže naleznete několik ukázek našich nedávných a stále probíhajících výzkumů.

Epicelulární parazité

V nedávné době byl naší pracovní skupinou vypracován ucelený přehled způsobů interakcí, mechanismů invazí a metabolických adaptací epicelulárních prvoků kmene Apicomplexa, které napadají studenokrevné hostitele a které jsou velmi málo prostudovanou skupinou parazitů (LINK). Epicelulární apikomplexa vytváří na povrchu střeva hostitele útvary, které se liší morfologií pravděpodobně podle různého způsobu příjmu živin. Spojení hostitel-parazit u epicelulárních apikomplexí je charakterizováno utvářením tzv. “feeder“ organely u kryptosporidií, narozdíl od monopodiálních a hvězdicovitých stádií vyskytujících se u kokcidií. Transkriptomová analýza epicelulární kokcidie Goussia janae odhalila, že RON a AMA proteiny pravděpodobně představují klíčové molekulární nástroje pro tyto parazity k proniknutí do hostitelské buňky. Tento parazit ovládá enzymy příto

mné v téměř celém procesu metabolismu uhlíku, čímž připomíná spíše mnohostranné metabolické schopnosti vnitrobuněčné kokcidie Toxoplasma gondii nežty méně výkonné, typické právě pro epicelulární Cryptosporidium spp. Fylogenetická analýza rDNA dat odhalila, že epicelulární parazitismus se pravděpodobně vyvinul konvergentně jako adaptace na osídlení různých buněčných typů a tkání.