Trematoder, även känd som flukes, är en klass av parasitära plattmaskar med invecklade livscykler. Detta gör dem intressanta för forskare, men de är också viktiga för både människors hälsa och bevarandet av vilda djur.
Trematoder kan orsaka infektion hos människor när människor äter mat som plattmaskarna har förorenat, inklusive rå fisk, kräftdjur och grönsaker. Även om detta inte är ett stort problem i USA, uppskattar Världshälsoorganisationen livsmedelsburen trematodinfektion orsakar förlust av mer än 2 miljoner år av liv till funktionshinder och död över hela världen varje år, med olika arter som orsakar cancer, levercirros och hjärnblödning i extrema fall.
Vissa trematoder angriper också amfibier, vilket bidrar till den årliga genomsnittliga minskningen på 3,79 % i deras totala population. Trematoder som Ribeiroia ondatrae kan spela en roll i denna nedgång och orsaka allvarliga missbildningar i 80 % till 90 % av grodor i vissa regioner i Nordamerika, enligt Dana Calhoun, seniorforskare vid University of Colorado Boulder vid Institutionen för ekologi och Miljöbiologi.
Hennes senaste forskning visar att olika arter av trematoder har olika utbredning i vissa amfibiers kroppar, och att parasiter gick till olika platser i kropparna på de studerade djuren. Dessa fynd kan hjälpa forskare att bättre förstå infektionsmekanismerna.
För att förstå trematoder mer fullständigt använde Calhoun, tillsammans med Pieter Johnson, en CU Boulder professor i distinktion vid institutionen för ekologi och evolutionsbiologi, och forskarna Jamie Curtis och Clara Hassan värmekartor för att karakterisera fördelningen av flera trematodarter i Stillahavsträdgrodor och två arter av vattensalamander. Deras resultat publicerades i Journal of Helminthology .
Vissa parasiter infekterar endast värdar av en enda art medan andra kan infektera tusentals. En av de egenskaper som gör digenetiska trematoder (de som tillhör underklassen Digenea) så speciella, säger Calhoun, är att deras standardlivscykel kräver tre värdar för att slutföra.
"Huvudvärden kallas den definitiva värden," förklarar Calhoun. "Det kan vara ett däggdjur, en större groda, en fisk eller en fågel. I ett akvatiskt system skulle den värden få sina behov i vattnet." Äggen inuti det fekala materialet kläcks och trematoderna försöker ta sig in i sina första mellanvärdar. "I sötvattensystemet är det vanligtvis en snigel", säger Calhoun.
När trematoderna väl är i sniglarna kommer värdarna att överleva, men de är kastrerade – oförmögna att fortplanta sig. Enligt Calhoun beror det på att "parasiten tar över gonadområdet och använder snigelns alla resurser för att föröka sig asexuellt. Detta gör att parasiten kan släppa ett par tusen frilevande cerkarier från snigeln dagligen."
Cercariae är larvformen av trematoder, och med tanke på att de är spermier stora, säger Calhoun, "det måste finnas många av dem om de ska komma dit de behöver gå inom 24 timmar", särskilt med tanke på att de är ofta rov vid det stadiet.
Efter det kommer parasiterna att försöka komma in i den andra mellanvärden, som i det här fallet i allmänhet är en groddjur men kan också vara en fisk, ryggradslösa djur eller något som sannolikt kommer att ätas av den slutliga eller definitiva värden, säger Calhoun .
Detta stadium är särskilt intressant för parasitologer eftersom parasiter ibland ändrar sina värdar för att göra överföring till den definitiva värden mer sannolikt. Till exempel kan arten Ribeiroia ondatrae få grodor att växa extra ben, som nämnts i Calhouns studie.
Trematoderna överförs från den sekundära mellanvärden till den definitiva värden när den definitiva värden äter den sekundära värden. Amfibier med extremitetsdeformiteter orsakade av trematoder av släktet Ribeiroia antas fångas och ätas av definitiva värdar oftare, enligt Calhoun. Parasiter är i en något besvärlig position vid denna tidpunkt, med tanke på att de inte vill orsaka sina värdars död men vill bli uppätna för att slutföra sitt sista skede av sin livscykel.
Trematoder kan ibland också ha en fjärde värd, som kallas paratenisk värd. Dessa värdar tillåter parasiter att överleva under tider då definitiva värdar inte är tillgängliga, säger Calhoun.
"Det är ett kvarhållande, eftersom grodan så småningom kommer att lämna vattnet och det kommer att göra det svårt för fåglar att äta den", tillägger hon. Parasitens utveckling pausas medan den befinner sig i en paratenisk värd.
"Förenklade livscykler är mycket enklare", konstaterar Calhoun, men trematodens livscykel kräver många stadier av djurets liv för att spela ut på ett speciellt sätt. "Det verkar som att det finns många sätt för den här typen av livscykel att avbrytas, men det är fortfarande så vanligt. Trematoder finns över hela världen, och för mig är det det som gör dem väldigt speciella."
För att ta fram de slutliga värmekartorna som visar var parasiterna samlades i groddjurens kroppar dissekerade forskarna grodor och vattensalamandrar och registrerade antalet och typen av parasiter i varje cell i ett rutnät av djurens kroppar.
Detta avslöjade att olika arter av parasiter (Alaria marcianae, Cephalogonimus americanus, flera arter av Echinostoma och Ribeiroia ondatrae) hade olika utbredning, och att parasiter gick till olika platser i salamanderarnas kroppar än de gjorde i grodorna.
Hos grodorna hittades det mesta av Echinostoma i njurarna, de flesta av Ribeiroia hittades på framsidan av kroppen, de flesta av Alaria hittades på baksidan av kroppen (särskilt runt halsen), och Cephalogonimus trematodes var fördela ungefär jämnt mellan fram- och baksidan. Både Ribeiroia och Cephalogonimus var koncentrerade till specialiserade regioner och kan därför betraktas som specialistparasiter.
"Specialister använder vanligtvis ett visst område eller mikrohabitat inom värden, eller de kan till och med specialisera sig på själva värden", säger Calhoun. Till exempel använder en av parasiter som hon studerar, Scaphanocephalus, fiskgjuse som sin definitiva värd, medan andra trematoder kan leva i alla taxa av fåglar som äter fisk. På grund av det finns det en risk att mellanvärden äts upp av en annan fågel än fiskgjuse, vilket stör parasitens livscykel.
Det finns också en viss risk för att värdarten kommer att dö ut, vilket skulle tvinga parasiten att hitta en annan värd. Men, förklarar Calhoun, är specialister anpassade till sin definitiva värd, vilket gör det mindre troligt att värden framgångsrikt kommer att ta bort dem eller döda dem med sitt immunsystem. Dessutom kan specialisering på ett djur eller område inom ett djur minska konkurrensen.
Studien visade också att Ribeiroia samlades på olika ställen hos vattensalamander än hos grodor. Ribeiroia var de enda parasiter som hittades i de vattensalamandrar som samlades in för studien, och de koncentrerades i vävnaderna nära framsidan av kroppen snarare än i de som var närmare baksidan.
Calhoun säger att detta kan bero på att de kommer in i salamanders kroppar på olika sätt:"En av egenskaperna som skiljer sig mellan värdarna i studien är att salamander är köttätare, så det kan vara så att de försöker äta parasiterna när de är i vattnet systemet och blir därför infekterad på det sättet."
Saminfektion är den samtidiga infektionen av en värd av flera patogenarter. Enligt Calhoun har forskare sett saminfektion av flera trematoder genom dissektion av vilda djur. Denna studie visar att saminfekterande parasiter ofta upptar samma utrymmen, eller mikrohabitat, i värdar.
"I en av våra figurer," säger Calhoun, "visar vi att båda parasiterna skulle vara i samma lilla rutnätscell mycket vanligt. Du har hela den här läderhuden av djuret, men de går alla till samma område. Värmekartor tillät oss att se det, men nu måste vi undersöka varför."
Calhoun säger att värmekartor i allmänhet kan vara användbara för att specificera positionerna för parasiter inom värdar.
"Om jag dissekerar något och jag hittar parasit A i huvudet och parasit B i lemmen", förklarar hon, "är det så brett att bara säga "i huvudet" eller "i lemmen" eftersom de områdena är så stora jämfört med parasiterna Det som värmekartor visar är att de finns i samma 1-av-1-celler på värmekartans rutnät, i princip staplade ovanpå varandra. Det visar att det finns dessa saminfektionsområden i värden som är attraktiva för parasiter andra platser. Det är viktigt för forskare att studera dessa mikrohabitat, särskilt varför flera parasiter använder samma mikrohabitat."
Medan vissa parasiter samlas i samma utrymmen, gör andra det inte. Calhoun säger till exempel att Echinostoma till största delen är den enda arten av parasit som finns i njurarna hos amfibierna från studien. Detta tyder på att de är unikt anpassade för att komma in i denna del av kroppen.
Heatmaps hjälpte också forskarna att förklara varför grodor infekterade med Ribeiroia från en region som forskare besökte inte missbildades lika ofta som grodor från en annan region.
"I (San Francisco) Bay Area skulle du se (grodor med) sex eller sju ben, med höga belastningar av Ribeiroia, men vi såg inte samma fenomen i de höga höjdområdena i Kalifornien, när belastningen av Ribeiroia var ibland fördubblas, säger Calhoun.
"För att utforska denna trend undersökte vi värmekartorna för Ribeiroia-infektioner i båda områdena och fann att Ribeiroia i hög höjd av någon anledning gick till huvudet och (käken) regionen, inte till bakbenen. Det kan vara relaterat till Det är mycket kallare i bergen, och det blir inte varmt förrän i augusti i det här området, vilket är när grodorna börjar förvandlas.
En annan metod innefattar användning av fluorescerande märkning. I en laboratoriemiljö, förklarar Calhoun, skulle märkning av parasiterna med färg innan de kommer in i grodorna göra det möjligt för forskare att spåra hur de rör sig, vilka konsekvenserna av den rörelsen är och om deras plats förändras över tiden.
"Och om du använder sådana här färgämnen," säger hon, "kan du utforska enstaka infektioner hos ett djur med Echinostoma, Cephalogonimus eller Alaria, och sedan lägga till en annan parasit och se om fördelningen förändras. Andra har visat det med flera parasiter. , när du lägger till taxa, flyttar parasiterna till olika områden. Men vart tar de vägen? "
Mer information: Dana M. Calhoun et al, Att sätta infektion på kartan:Använda värmekartor för att karakterisera distributioner inom och mellan värdar av trematode metacercariae, Journal of Helminthology (2023). DOI:10.1017/S0022149X2300069X
Tillhandahålls av University of Colorado i Boulder
