Хромерида – малярийноподобные организмы, живущие в ваших кораллах

Большинство кораллов из мелководных тропических рифов в значительной степени зависят от внутриклеточной водоросли Symbiodinium, которая удовлетворяет их потребности в питании. Этот чрезвычайно важный симбиоз является фундаментом, на котором строится биоразнообразие кораллового рифа, но, как оказалось, это не единственный симбиоз водорослей. В течение последних двадцати лет исследователи постепенно собирали воедино сведения о поразительном открытии – загадочном простейшем, тесно связанном с одними из самых страшных паразитов человечества.

Чтобы оценить важность этой находки, нам сначала нужно совершить прогулку по эволюционной истории этих организмов. Симбиодиниум – это фотосинтезирующий род динофлагеллят, филум простейших, который морфологически определяется наличием двух жгутиков и (обычно) бронеподобной оболочки, называемой текой. Эта группа знакома аквариумистам своей склонностью иногда образовывать упорное цветение на аквариумных субстратах. Подобное цветение в прибрежной среде обитания может вызвать токсичное явление, известное как “красный прилив”.

Исследователи, работающие с симбиодиниумами, часто должны физически отделять их от кораллового хозяина. Это требует мацерации и центрифугирования коралловой ткани для выделения отдельных клеток водорослей, а затем выращивания водорослей в новой среде. Этот метод применялся на протяжении десятилетий, когда в 2001 году в австралийских образцах Plesiastrea и Leptastrea впервые была обнаружена пара необычных загрязняющих веществ.

Эти загрязнители в конечном итоге были описаны как новые виды – Chromera velia и Vitrella brassicaformis. Их открытие было вдвойне важным, поскольку не только был найден новый симбионт кораллов, но и морфологические и генетические исследования показали, что эти водоросли представляют собой совершенно новый филум одноклеточных организмов, тесно связанных с филумом Apicomplexa – разнообразной и исключительно паразитической группой, которая включает возбудителей малярии, токсоплазмоза, криптоспоридиоза и многих других неприятных и экономически важных заболеваний, поражающих наш вид (и наш скот).

Апикомплексы получили свое название благодаря уникальному типу клеточных органелл – апикопласту, который расположен на апикальном конце организма и используется для различных метаболических функций и для проникновения в клетки хозяина. Благодаря своей уникальности, апикопласт является основным объектом для исследования целевых малярийных препаратов, но культивирование паразитических апикомплексов для проведения таких исследований – непростая задача, поскольку для этого необходимо поддерживать как хозяина (например, кровь человека), так и переносчика (например, комаров). Однако Chromera velia по сути является фотосинтезирующим апиокомплексаном, и поэтому ее можно выращивать с той же легкостью, с какой аквариумисты выращивают фитопланктон – важность этого нового инструмента для скрининга новых противомалярийных препаратов трудно переоценить.

Филогенетическое дерево, иллюстрирующее множество еще не открытых кладов хромерид, обнаруженных в генетических образцах окружающей среды. ARL-VIII, вероятно, является Gemmocystis cylindrus, известным паразитом Montastraea cavernosa. Сестринская группа этого клада, не показанная на этом рисунке, – динофлагелляты. Модифицировано из Janouškovec et al 2013

Остается открытым вопрос о том, что делают эти необычные водоросли в кораллах-хозяевах. С момента их первоначального открытия дальнейшие исследования показали, что эти апикомплексановые родственники, связанные с кораллами, классифицированные как Phylum Chromerida, встречаются на многочисленных видах мягких и каменистых кораллов и являются обычным явлением во всех тропических рифах мира. Генетические данные свидетельствуют о существовании еще одной крупной линии симбионтов кораллов-хромерид. Эта группа, неофициально называемая “Apicomplexan-related lineage-V” или “ARL-V”, представляется наиболее разнообразной из всех, но до сих пор мы обнаружили ее генетические следы только в образцах окружающей среды – живые экземпляры по-прежнему не поддаются прямому наблюдению. Это тем более примечательно, что эти организмы, казалось бы, вездесущи в образцах кораллов. В одном карибском исследовании (Kirk et al 2013) практически в каждом исследованном коралле была обнаружена неопознанная водоросль хромеридан.

Жгутиковая стадия Chromera veli a. Credit: Weatherby & Carter 2013

Мы относительно мало знаем о том, что эти организмы делают в коралловом хозяине, являются ли они истинными симбионтами, вредными паразитами или комменсалами без чистого эффекта. Изучив генетические образцы окружающей среды, Janouškovec et al 2013 обнаружили, что Chromera и Vitrella могут быть свободноживущими, часто в ассоциации с макроводорослями или субстратами из карбоната кальция, тогда как ARL-V известны только на кораллах. Эта последняя группа была обнаружена у двадцати различных видов хозяев и, по-видимому, зависит от глубины, встречаясь в наибольшем количестве на глубине менее 5 метров и не обнаруживаясь ниже 20 метров. В исследовании Kirk et al 2013 было показано, что кораллы, размножающиеся путем выведения потомства, имеют положительный тест на хромериданы в своих планулах, в то время как кораллы, транслирующие икру гамет, имеют отрицательный тест, что указывает на то, что эти водоросли приобретаются непосредственно из окружающей среды – такая же картина наблюдается у Symbiodinium, что указывает на возможные симбиотические отношения для этих хромерид.

Следующим важным шагом в этой области является наблюдение живых клеток ARL-V в коралле-хозяине для таксономического описания и определения их роли в метаболизме коралла и экосистеме кораллового рифа. Считается, что существует множество видов ARL-V, и многое еще предстоит выяснить об их эволюции, биогеографии и специфике хозяина. Для аквариумистов важно знать, какое влияние эти организмы могут оказать на содержание кораллов в неволе? На сегодняшний день доказано, что хромериданы обнаруживаются в здоровых тканях и отсутствуют в больных, но могут ли быть случаи, когда эти или другие неизвестные виды действительно вызывают патологию – возможно, некоторые кораллы в неволе не процветают из-за нераспознанных изменений в их симбионтах-хромериданах? Кроме того, возникает вопрос о том, какое влияние может оказать изменение климата на этих связанных с кораллами хромериданов; ведут ли они себя так же, как Symbiodinium, когда подвергаются воздействию стрессовых факторов окружающей среды, или они могут быть более выносливыми?

Chromera velia . Credit: Weatherby & Carter 2013

Здесь действительно предстоит провести ошеломляющее количество фундаментальных исследований, но, учитывая темпы публикаций в последние годы и медицинский и биологический интерес к этой группе, мы можем ожидать много новых и захватывающих открытий в ближайшем будущем. В конечном итоге, большее значение хромеридановые водоросли могут иметь в продолжающейся борьбе за открытие новых лекарств от малярии и сопутствующих заболеваний, в то время как их тесная связь с кораллами способна принести не меньше открытий, имеющих значение для морских аквариумистов.

Source: reefs.com