"Wiano pełne bakterii" "Ultrastruktura, rozmieszczenie oraz transowarialny przekaz endosymbiotycznych mikroorganizmów u mszyc (Insecta, Hemiptera: Aphidinea)" Anna Michalik, Teresa Szklarzewicz Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Instytut Zoologii, Zakład Biologii Rozwoju i Morfologii Bezkręgowców, Gronostajowa 9, 30-387 Kraków e-mail: a.michalik@uj.edu.pl, teresa.szklarzewicz@uj.edu.pl Bakterie w zarodku

Opis popularnonaukowy projektu

Wrodzona infekcja bakteryjna raczej nie oznacza niczego dobrego. Przywodzi na myśl skrajną i karygodną niefrasobliwość rodzicielską, bezwartościową barierę odpornościową lub wyjątkowo niefortunny wypadek. Spodziewany skutek takiego zakażenia nie może być inny, jak tylko nieuchronna śmierć przed ukończeniem pierwszego stadium rozwoju, a może nawet przed przyjściem na świat. W szczęśliwszym przypadku znacznie osłabi organizm i narazi go na pastwę drapieżców i pasożytów. Słowem: zgodnie z "prawem dżungli" w ten właśnie sposób ewolucja raz na zawsze eliminuje osobniki, które w sprzyjających warunkach środowiska mogłyby przekazać życie potomstwu równie nieprzystosowanemu, jak pokolenie rodzicielskie.
Dla mszyc jednak wrodzone infekcje bakteryjne są niezbędnym warunkiem przetrwania. Bez wewnętrznych mikroorganizmów owady te ginęłyby z niedożywienia. Dzięki odwiecznej symbiozie z bakteriami mszyce są w stanie wytrwać na bardzo monotonnej diecie, która składa się wyłącznie z wody i cukrów produkowanych przez rośliny i transportowanych wzdłuż pędów. Dieta ta, choć wysokokaloryczna, jest zupełnie pozbawiona aminokwasów koniecznych do syntezy białek wbudowywanych w tkanki mszyc. Niezbędne aminokwasy są więc dostarczane przez kultury bakterii, zagnieżdżone w jamie ciała. To samo menu towarzyszy mszycom od chwili przyjścia na świat. Lecz owady te wyposażone są w kolonie mikroskopijnych symbiontów znacznie wcześniej zanim po raz pierwszy w życiu spróbują cukrowego syropu z róż czy nagietków. Mikroby towarzyszą zarodkom mszyc niemal od chwili ich poczęcia, gdy pakiety bakterii przedostają się w głąb rozwijającej się komórki jajowej. Zanim jeszcze zróżnicują się tkanki maleńkich owadów, zanim opuszczą one matczyny organizm, już w ich własnych jamach ciała, w okolicy jajników, tętnią życiem gotowe do pracy mikroskopijne fabryki aminokwasów.
Samice mszyc przekazują potomstwu wiano pełne bakterii. W tym przypadku, wydawałoby się: przechytrzenia ewolucji, wrodzone infekcje bakteryjne nie tylko nie osłabiają tych owadów, obecnych w każdym ogrodzie, lecz wręcz dają im siłę przeżycia. Najskuteczniejszym środkiem na mszyce wydają się więc być podoskórkowe zastrzyki antybiotyku.

Streszczenie naukowe

Symbioza z wewnątrzkomórkowymi mikroorganizmami została opisana u wielu gatunków pluskwiaków. Obecność endosymbiontów związana jest z restrykcyjną dietą owada gospodarza. Dieta owadów odżywiających się sokiem z rurek sitowych roślin jest bogata w węglowodany, lecz pozbawiona aminokwasów. Powszechnie akceptowany jest pogląd, że endosymbionty są niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju owadów, ponieważ dostarczają swoim gospodarzom niezbędnych substancji, które są nieobecne w pobieranym pokarmie. Celem projektu było poznanie ultrastruktury rozmieszczenia oraz mechanizmu transportu endosymbiotycznych mikroorganizmów z pokolenia na pokolenie u mszyc zaawansowanych Aphidoidea. Badania prowadzone były na poziomie mikroskopii świetlnej i elektronowej. Wyniki przeprowadzonych badań wykazały, że w jamie ciała mszyc z nadrodziny Aphidoidea zarówno w pokoleniach żyworodnych jak i w pokoleniu jajorodnym występują endosymbiotyczne bakterie, przystosowane do życia w wyspecjalizowanych, poliploidalnych komórkach zwanych bakteriocytami. Komórki te zazwyczaj tworzą większe skupienia zwane bakteriomami, które zlokalizowane są w pobliżu jajników. Analiza ultrastruktury, rozmiarów oraz rozmieszczenia endosymbiontów wykazała, że u wszystkich badanych gatunków mszyc występują bakterie należące do gatunku Buchnera aphidicola. Bakterie te mają kształt kulisty i otoczone są trzema błonami komórkowymi. Oprócz endosymbiontów pierwotnych większość mszyc posiada endosymbionty wtórne. Endosymbionty przekazywane są z pokolenia na pokolenie na drodze transowarialnej. W pokoleniu żyworodnym infekują zarodki w stadium blastodermy komórkowej. Wnikają przez otwór znajdujący się na tylnym biegunie zarodka, po czym zasiedlają cytoplazmę bakteriocytów i zaczynają się dzielić. W pokoleniu jajorodnym infekcji ulegają oocyty w stadium zaawansowanej choriogenezy. W pierwszym etapie migracji bakterie gromadzą się w pobliżu tylnego bieguna oocytu, a następnie migrują do przestrzeni peryoocytarnej przez przestrzenie pomiędzy sąsiadującymi komórkami folikularnymi lub przez cytoplazmę tych komórek na drodze transcytozy. Po zasiedleniu cytoplazmy oocytu endosymbionty gromadzą się na jego tylnym biegunie gdzie tworzą charakterystyczną "kulę symbiotyczną".

Komitet Organizacyjny

Sponsorzy

Patronat honorowy

Leszek Jodliński
Dyrektor Muzeum Śląskiego w Katowicach

Zygmunt Łukaszczyk
Wojewoda Śląski

Jan Malicki
Biblioteka Śląska

Piotr Uszok
Prezydent Katowic

Adam Matusiewicz
Marszałek Województwa Śląskiego

Patronat medialny