БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2008, № 1, с. 27-34
БИОЛОГИЯ, МОРФОЛОГИЯ И СИСТЕМАТИКА ^^^^^^^^ ГИДРОБИОНТОВ
УДК 597.556.3-169-7-51+579.68
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИМБИОТИЧЕСКИХ БАКТЕРИЙ, КОЛОНИЗИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЬ ГЕЛЬМИНТА Triaenophorus nodulosus И КИШЕЧНИК ЩУКИ Esox lucius
© 2008 г. А. О. Плотников*, Ж. В. Корнева**
* Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения РАН, 460000 Оренбург, ул. Пионерская, 11, e-mail: protoz@mail.ru ** Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузскийр-н, e-mail: janetta@ibiw.yaroslavl.ru
Поступила в редакцию 31.01.2007 г.
В результате электронно-микроскопического исследования микрофлоры, колонизирующей слизистую оболочку кишечника щуки и поверхность тегумента ее кишечного паразита Triaenophorus nodulosus, установлены ультраструктурные особенности бактерий и способы их взаимодействия с колонизируемыми поверхностями. Выявлена специфика распределения микроорганизмов различных морфотипов по фракциям и колонизируемым поверхностям, преобладание грамотрицательных бактерий во всех изученных микробиоценозах, а также доминирование наннобактерий в "поверхностных" фракциях. Описаны бактерии "глубинной фракции", колонизирующие базальные части микротрихий и микроворсинок. Сделано заключение о наличии у гельминтов - паразитов рыб, собственной нормальной микрофлоры, характеризующейся специфическим составом, ультраструктурными особенностями клеток и способами взаимодействия с поверхностью гельминта. Полученные данные характеризуют механизмы симбиотических взаимодействий про- и эукариот в системе паразит - хозяин - симбионтная микрофлора.
ВВЕДЕНИЕ
В основе эволюции эукариотической клетки лежат симбиогенетические процессы [6], для понимания которых ключевое значение имеет расшифровка механизмов взаимодействий про- и эу-кариотических организмов. Одной из наиболее изученных моделей взаимодействий прокариот-эукариот является микробиоценоз симбиотических бактерий, населяющих пищеварительный тракт животных. Наиболее подробно структура и функции кишечной микрофлоры изучены у человека, травоядных животных и рыб [9, 12, 14, 17, 18].
Наряду с микроорганизмами кишечник животных как экологическую нишу часто используют паразитические черви, имеющие длительную историю коэволюции с различными таксонами животных. Нерешенной остается проблема параллелизма адаптивных механизмов прокариот, взаимодействующих, с одной стороны, с кишечником хозяев, с другой - с гельминтами. Удобная модель для подобных исследований - рыбы как хозяева разнообразных паразитов, относящихся к классу СевШёа. Немногочисленные работы по этой проблеме выявили существенный вклад бактерий, ассоциированных с поверхностью цестод - кишечных паразитов рыб, в энзиматическую активность кишечного содержимого [3, 5]. В периодической
литературе существуют единичные работы по морфологии бактерий, колонизирующих поверхность паразитов рыб из классов Monogenea, Dige-nea и Cestoda [8, 13, 15, 16] либо слизистую оболочку кишечника рыб [18]. Сравнительный анализ микрофлоры, ассоциированной как с гельминтами, так и с кишечником их хозяев, не проводился.
Цель работы - сравнительная ультраструктурная характеристика бактерий и особенностей их взаимодействий с поверхностью кишечного паразита Triaenophorus nodulosus (Pallas, 1781) и слизистой оболочкой кишечника его хозяина - щуки Esox lucius L.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Половозрелых особей Triaenophorus nodulosus (Pallas, 1781) извлекали из кишечника щуки Esox lucius L., отловленной в Рыбинском водохранилище. Червей и фрагменты кишечника фиксировали 0.5%-ным раствором глутарового альдегида на ка-кодилатном буфере (pH 7.2) в течение 1 ч, затем 5%-ным раствором глутарового альдегида в течение 1-2 сут, дофиксировали 2%-ным раствором тетраоксида осмия на том же буфере, дегидратировали в спиртах, ацетоне. После проводки в спиртах одну часть материала заливали в эпон-аралдит, другую - высушивали в аппарате критической точ-
ки для последующего изучения с помощью сканирующего электронного микроскопа ЬБ0-1420. Ультратонкие срезы контрастировали уранилаце-татом, цитратом свинца и просматривали в трансмиссионном электронном микроскопе 1БМ-100С при 80 кВ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В результате изучения сканограмм и ультратонких срезов установлено неоднородное распределение бактерий на поверхности слизистой кишечника щуки и на поверхности тегумента (покровного эпителия) гельминта. Ультраструктурные особенности бактерий и их взаимодействий с изучаемыми поверхностями различались в зависимости от локализации микроорганизмов. На основании этого все бактерии, колонизирующие кишечник рыбы и поверхность ленточного червя, были разделены на две фракции. Бактерии поверхностной фракции располагались на кончиках микротрихий - специализированных апикальных выростах тегумента или в поверхностной слизи, покрывающей микроворсинки кишечного эпителия, и изучались в основном методом сканирующей микроскопии. Бактерии глубинной фракции локализовались между микротрихиями тегумента или микроворсинками эпителия, а также в области их оснований и изучались преимущественно методом трансмиссионной микроскопии. Далее дана ультраструктурная характеристика бактерий, а также особенности их взаимодействий с эукарио-тическими организмами.
I. Поверхностная микрофлора, колонизирующая тегумент цестод. Большинство бактерий представлено палочками, незначительное количество - кокками. По своему внешнему строению все бактерии поверхностной субпопуляции можно разделить на пять морфотипов (рис. 1а-1г).
Морфотип 1.1. Длинные тонкие палочковидные бактерии, большинство из которых одним концом проникают между микротрихиями гельминта, другой конец располагается над поверхностью тегумента (рис. 1а).
Морфотип 1.2. Короткие прямые палочковидные бактерии полностью располагаются на поверхности микротрихий, одиночно или в группах, когда они соединяются одним концом, образуя многолучевые или крестовидные структуры. Иногда бактерии располагаются черепицеобразно (рис. 16).
Морфотип 1.3. Незначительное количество бактерий представлено кокками правильной формы, расположенными одиночно на поверхности микротрихий (рис. 1в).
Морфотип 1.4. Особый интерес представляют необычные бактерии дисковидной формы. Возможно, что подобные бактерии формируются на
концах клеток морфотипа 1.1 или представляют собой дисковидно расширенные концы этих клеток (рис. 1а).
Морфотип 1.5. Основную часть бактерий (9099% численности), колонизирующих наружную поверхность цестод, составляют нетипичные бактериальные клетки - ультрабактерии (или нанно-бактерии). Часть клеток представлена кокками, другая часть - коккопалочками, но большинство имеют палочковидную форму с закругленными или обрубленными концами. Эти бактерии плотно прикреплены к поверхности дистальных отделов микротрихий и, по-видимому, играют существенную роль в образовании биопленки на поверхности тегумента цестоды (рис. 1г).
II. Глубинная микрофлора, колонизирующая тегумент цестод. Глубинная фракция представлена тремя типами прокариотических микроорганизмов (рис. 2а-2б).
Морфотип 2.1. Тонкие нитевидные или палочковидные, прямые, изогнутые или спирально закрученные бактерии с заостренными концами составляют наиболее многочисленную часть глубинной фракции. Среди бактерий этого типа зарегистрировано максимальное морфологическое разнообразие. В поперечном разрезе бактерии полулунной формы прикрепляются к боковой поверхности микротрихии вогнутой стороной, образуя контакт простого типа на всем протяжении клетки. В месте контакта клеточная стенка выглядит утолщенной. Между поверхностями микротрихий и бактерий выявляется матрикс средней электронной плотности, а также пили адгезии. Отдельные клетки спирально закручиваются вокруг микротрихий. Их стенка грамотрицательного типа, цитоплазма слабо дифференцируется на центральную и периферическую зоны, диффузно заполнена рибосомами и полирибосомами, среди которых выявляются фибриллярные структуры нуклеоида (рис. 2а).
Морфотип 2.2. Цепочки прокариотических клеток образованы толстыми короткими палочковидными микроорганизмами с закругленными концами и гладкой клеточной поверхностью. Цепочки прикрепляются к апикальной мембране тегумента базальной клеткой, формируя простой контакт путем соприкосновения поверхностей. Цитоплазма бактериальных клеток заполнена рибосомами и полирибосомами, немногочисленными мембранными структурами и вакуолями, не отграниченными мембранами от остальной части цитоплазмы. Нуклеоид выявляется в центральной части клетки в виде осмиофобной зоны. Некоторые клетки размножаются путем поперечного деления с образованием перетяжки. Ультраструктурная организация бактерий сходна с таковой представителей рода Vibrio (рис. 26).
Рис. 1. Поверхностная микрофлора, колонизирующая тегумент цестод (а-г) и поверхность кишечника щуки (д-з). Сканирующий электронный микроскоп. Морфотипы: а-1.1 и 1.4, б - 1.2, в - 1.3, г - 1.5, д - 3.1 и 3.2, е - 3.3, ж - 3.4 (бактерия, смытая со слизистой кишечника), з - 3.5.
Рис. 2. Глубинная микрофлора, колонизирующая тегумент цестод (а, б) и слизистую кишечника щуки (в, г). Трансмиссионный электронный микроскоп. Морфотипы: а - 2.1, б - 2.2, в - 4.1, г - 4.2.
Морфотип 2.3. Редкие одиночные кокки, расположенные в основании микротрихий и контактирующие с апикальной поверхностью тегумента, причем в месте контакта накапливается матрикс средней электронной плотности. Размеры позволяют отнести этих кокков к наннобактериям.
III. Поверхностная микрофлора, колонизирующая кишечник щуки. Несмотря на выраженное многообразие микроорганизмов этой фракции, различающихся по форме, размерам и взаиморасположению клеток, все они принадлежат к пяти морфотипам (рис. 1д—1з).
Морфотип 3.1. Эта разновидность представлена длинными, палочковидными бактериями, которые располагаются по одной в толще слизи, часть из них проникает между микроворсинками так, что конец клетки возвышается над щеточной каймой. Некоторые клетки образуют микроколонии в виде пучков (рис. 1д).
Морфотип 3.2
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.