11:20, 12.03.2021. | Texta biologica


NIŠ

Tajno oružje insekata- imuni sistem

Autor: Aleksandra Petrović, izvor: PMF Žurnal

Insekti su nam svima jako dobro poznati, ne prođe ni dan a da ne vidimo neku muvu, pčelu ili stenicu. Svi znamo kako oni izgledaju, ali znamo li kako funkcioniše organizam jednog insekta? Da li se nekako brane od neprijateljski nastrojenih bakterija i drugih organizama? Imaju li razvijen neki mehanizam kojim bi se zaštitili? Postoji li uopšte imuni sistem kod insekata? Pošto većina insekata ima kratak životni ciklus, prvi zaključak je da im imuni sistem nije ni potreban, međutim, oni imaju veoma osetljiv i jako efikasan imuni sistem.

Argynnis paphia, insekti iz reda Lepidoptera

Insekti predstavljaju grupu životinja najbogatiju po brojnosti vrsta, oko million opisanih u okviru 30 redova. Oni naseljavaju sve ekološke niše, izuzev okeana, za šta su zaslužni mnogi faktori, među kojima je i visoko specijalizovan imunski sistem. Insekatski imuni sistem je sastavljen od složene mreže komponenata koje sinergijski deluju i čine barijere koje sprečavaju infekciju i  bore se protiv infekcija. Međutim,mi danas znamo malo o njihovom imunom sistemu, mnogi aspekti imunskog odgovora su nedovoljno istraženi a samim tim i nerazjašnjeni. Naše razumevanje imunog sistema insekata zasniva se na istraživanjima zasnovanim na holometabolnim insekatskim redovima Diptera- dvokrilci, Hymenoptera- opnokrilci i Lepidoptera- leptiri, tj. redovima insekata koji prolaze kroz metamorfozu u toku svog života. Imuni sistem hemimetabolnih insekata- insekata koji u svom životnom ciklusu nemaju metamorfozu, je gotovo u potpunosti neistražen, sa izuzetkom nekoliko vrsta stenica. Ekologija insekatskih vrsta je dosta drugačija tokom različitih stadijuma u životnom ciklusu, sve te promene zajedno sa reproduktivnim statusom, sigurno imaju uticaj i na imuni sistem, ali mi o tome ne znamo mnogo.

Insekti dolaze u kontakt sa velikim brojem patogenih organizama koji imaju nameru da zaposednu njihov organizam. Diverzitet patogenih organizama koji mogu napasti insekte je veoma velik, uključuje viruse, bakterije, praživotinje, valjkaste crve, druge insekte. Poprilično brojna grupa neprijatelja, zar ne?

Fizičke barijere

Kako bi smanjili mogućnost zaražavanja, insekti su razvili fizičke barijere koje patogene sprečavaju da uđu u organizam. Mehanizmi odbrane insekata poseduju brojne fizičke barijere kojima se onemogućava lak pristup hemocelu- telesnoj tečnosti. Fizičku barijeru čine kutikula na površini tela, želatinozni matriks u srednjem crevu i hitin u trahejama. Kutikula insekata, kao i matriks koji se nalazi u crevu, pružaju zaštitu od povreda i velikog broja infekcija. Patogeni mogu dospeti u organizam i putem ingestije gde nailaze na dodatne prepreke, kao što su raznovrsni izraštaji u ždrelu, visoka pH vrednost ili enzimi u digestivnom sistemu. Kako bi prevazišli sve ove barijere, patogeni i paraziti koriste mehaničke adaptacije, poput raznih vrsta enzima,  svojevrsnih zuba kakve imaju valjkasti crvi ili ovipozitor parazitoidnih osa.

Kutikula i egzoskelet kod pripadnika reda Coleoptera

Najbitniji u imunskom odgovoru insekata su hemociti- ćelije koje cirkulišu u telesnoj tečnosti insekata. Hemociti pokreću procese ćelijskog imuniteta i proizvode imunološke faktore koji dovode do ubijanja patogena. Pored hemocita, zbnačajnu ulogu u imunom odgovoru imaju i pljuvačne žlezde, srednje crevo i masno telo. Pljuvačne žlezde se obično nalaze u prednjem delu grudnog regiona i proizvode supstance koje utiču na preživljavanje patogenih mikroorganizama. Srednje crevo je organ koji prvenstveno funkcioniše u varenju hranljivih sastojaka, proteže se gotovo celom dužinom abdomena i proizvodi brojne enzime koji ubijaju patogene koji su ili već dospeli do creva ili pokušavaju da uđu u hemocel prolazeći kroz crevo. Masno telo pored funkcionisanja u skladištenju energije i sintezi proteina potrebnog za proizvodnju jaja, proizvodi i izlučuje antimikrobne peptide.

Faktori iz spoljašnje sredine

Na snagu i sastav imunološkog odgovora utiču faktori koji su nezavisni od prirode infekcije. Dostupnost resursa i sastav tih resursa utiče na snagu imunskog odgovora. Jedan od faktora je temperatura. Insekti su pojkilotermni organizmi, što znači da njihova telesna temperature zavisi od temperature sredine u kojoj se nalaze. Temperatura spoljašnje sredine tokom infekcije može imati uticaj na odgovor imunog sistema; ona može imati povoljan uticaj na borbu protiv nekih patogena, dok u borbi protiv drugih neće biti od značaja.

Socijalni imunitet

Imunološki odgovor jedinstven za insekte koji imaju razvijen socijalni način života uključuje grupno pojačavanje otpornosti na bolesti među socijalnim insektima. Neki insekti prilagođavaju svoj imunološki odgovor prema povećanom riziku od patogena kada je velika gustina naseljenosti.  Kada se gnezdo socijalnih insekata zarazi, oni počinju da sekretuju antibiotske materije koje ograničavaju rast mikroorganizama.  Socijalno imunološko ponašanje je posebno interesantno kod termita, koji, kada otkriju patogene u svom gnezdu, šire signal u vidu vibracija tla kako bi se ostatak kolonije obavestio i iselio sa kontaminiranog područja. Kod socijalnih opnokrilaca kutikula može biti prekrivena antibakterijskim sekretom, bilo da se zaštite pojedinačno ili kao deo kolektivnog socijalnog imuniteta.

Termiti, red Isoptera

Imunski odgovor na parazitoide

Parazitoidi su insekti koji žive na račun drugih organizama dok su u stadijumu larve, ali na kraju ubiju svog domaćina. Ženke polažu jaja u ili na telo domaćina, a iz jajeta se izleže larva koja počinje da se hrani telesnom tečnošću domaćina. Parazitoidi se javljaju najčešće među insektima iz redova Hymenoptera- opnokrilci i Diptera- dvokrilci.

Parazitoidne ose iz porodica Braconidae i Ichneumonidae su evoluirale u jedinstvenu simbiozu sa virusima klasifikovanim u porodicu Polydnaviridae. Ovi virusi imaju jedan od najvećih segmentisanih dvolančanih DNK molekula među životinjskim virusima i integrisani su u genomsku DNK osa. I mužjaci i ženke ose nose genom virusa u svojim hromozomima, ali je replikacija virusa ograničena na jajnik ženke ose. Nakon replikacije i pakovanja, virioni se ubrizgavaju u domaćina, gde tokom parazitiranja zajedno sa jajima osa i virusni geni postaju izraženi u roku od nekoliko minuta nakon jajeta osa. U reproduktivnom traktu parazitoida nalaze se čestice nalik virusima koje imaju imunoprotektivnu ulogu kako bi sprečile uništenje jaja parazitoida od strane imunog sistema domaćina. Jedna od osa koja je stupila u simbiozu sa Polydnaviridae virusom, a koju, uz malo sreće, možete videti i kod nas, je Megarhyssa perlata.

Megarhyssa perlata

Imunitet i razmnožavanje

Kod nekih insekata prilikom polnog odnosa dolazi do povređivanja polnih organa ženke pomoću specijalizovanih struktura na polnom organu mužjaka. Genitalije insekata muškog pola sadrže veliki broj mikroba koji su potencijalno patogeni. Svaki prodor u genitalni trakt ženke omogućava brz prodor mikroorganizmima u njen hemocel. Neke ženke razvile su deblju kutikulu u tom predelu dok su druge razvile antimikrobne peptide u genitalnom traktu koje takođe učestvuju i u zaštiti jaja nakon njihovog izbacivanja u spoljašnju sredinu.  Ženke stenica iz familije Cimicidae, poznate kao kućne stenice, su tokom evolucije razvile specifičan organ imunskog sistema ispunjen hemocitima- Berlezov organ  koji se nalazi u telesnoj šupljini, u predelu koji mužjak oštećuje prilikom polnog procesa.

Na osnovu svega navedenog vidimo da je imuni sistem insekata itekako funkcionalan. Sve ove adaptacije i mehanizmi rezultat su dugog procesa evolucije, ni jedan od tih mehanizama nije nastao kao takav već se razvijao iz generacije u generaciju dok nije dostigao današnji oblik, što ne znači da je to bio njegov cilj. Sa svakom novom generacijom insekata javlja se nova promena, ali je to dug proces koji se ne može sagledati do kraja jer krajnjeg cilja nema. Dok je neki mehanizam funkcionalan i efikasan, postojaće kao takav, kad jednom zakaže, doći će do fatalnog ishoda, jer evolucija ne favorizuje neefikasne mehanizme.