Meðfædd ónæmissvörun Eusocial Hymenopterans við veirusjúkdómsáskorun

Ágrip

Undanfarin ár hefur skordýraónæmisfræði stækkað hratt í rannsóknaáhuga og fyrirliggjandi bókmenntir hafa stækkað í sömu mynt. Skordýr berjast gegn sýkla með ýmsum hegðunar- og lífeðlisfræðilegum ónæmisvörnum. Þörfin fyrir öflugt friðhelgi er sérstaklega mikilvæg fyrir samfélagsleg skordýr; Nálægð nestmaka eykur útsetningu fyrir og sendingu sýkla. Jafnframt felur samfélagslyndið í sér sambúð þúsunda einstaklinga með einkennandi skertan erfðabreytileika, sem eykur næmi fyrir faraldri sjúkdóma.

Til að berjast gegn þessu hafa þeir þróað fjölbreytt viðbrögð við sýkla, þar á meðal einstakar meðfæddar ónæmisvarnir, félagslegt ónæmi og seytingu öflugra kirtilefna. Félagslegt friðhelgi sem Hymenoptera notar hefur verið endurskoðuð en endurskoðun hefur n; veiruseseseseseses þróaðar að þekkingu okkar til að takast á við meðfædd ónæmi eussocial Hymenopterans fyrir veirusjúkdómsvaldandi innrásarher. Við höldum því fram að slík endurskoðun sé mikilvæg til að efla skilning á Hymenopteran líffræði og sé mikilvæg fyrir hagnýtt áhugamál. Við höldum því ennfremur fram að afleiðingar eussocial Hymenopteran meðfædda ónæmis séu víðtækar; Árangur þeirra er bæði uppspretta verulegs efnahagslegs tjóns þegar um er að ræða ágenga maura og verulegs efnahagslegs ávinnings í tilviki hunangsbýflugunnar Apis mellifera.

Bæði skordýraónæmisfræði og ónæmisfræði manna tilheyra ónæmisfræðigrein líffræðinnar, en þeir rannsaka aðallega mismunandi líffræðileg kerfi. Skordýraónæmisfræði rannsakar ónæmiskerfi skordýra og hvernig það bregst við utanaðkomandi sýkla, en ónæmisfræði manna rannsakar ónæmiskerfi manna og hvernig það virkar til að verjast ytri sýkingum. Þó að rannsóknarviðfangsefni þeirra tveggja séu ólíkir, þá eru nokkur tengsl þar á milli. Til dæmis geta sumar rannsóknarniðurstöður í skordýraónæmisfræði veitt innblástur og viðmiðun fyrir ónæmisfræði manna, og sumar hávirkar örverueyðandi peptíðsameindir sem finnast í skordýraónæmisfræði geta einnig verið notaðar til að þróa ónæmislyf fyrir ónæmiskerfi mannsins. Að auki veitir skordýraónæmisfræði einnig nokkur dæmi um rannsóknir á samspili sýkla og hýsilónæmiskerfisins fyrir ónæmisfræði manna og veitir nokkrar tilvísanir fyrir uppgötvun og þróun nýrra ónæmislyfja fyrir menn. Í daglegu lífi okkar verðum við að bæta friðhelgi okkar. Við komumst að því að Cistanche getur bætt ónæmi. Cistanche er ríkt af ýmsum andoxunarefnum, svo sem C-vítamíni, karótenóíðum o.fl. Þessi innihaldsefni geta fjarlægt sindurefna, dregið úr oxunarálagi og bætt viðnám ónæmiskerfisins.

Smelltu cistanche tubulosa kostir

Leitarorð:

ónæmi, eussocial Hymenoptera, veira.

Veirusýkingar eru meðal mikilvægustu og minnst rækilega skildu af ónæmisvandamálum sem evrópsk skordýr standa frammi fyrir (Lester o.fl. 2019). Veirur í fjölskyldunni Solinviviridae eru náttúrulegir óvinir helstu samfélagslegu skordýra meindýranna, rauða innflutta eldmaursins Solenopsis invicta (Valles o.fl. 2004, Valles og Rivers 2019) og brjálaða maursins Nylandria fulva (Hymenoptera: Formicidae o.fl.) (Valles o.fl. 2004, Valles and Rivers 2019). 2012). Innleiðing þessara sýkla á ífarandi svið er svæði sem hefur áhuga á líffræðilegri stjórn. Á sama tíma er hunangsbýflugan Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) þjáð af röskun á nýlenduhruni sem tengist veirusýkingu (Chejanovsky o.fl. 2014) og velgengni nýlendunnar er háð getu til að bregðast við áskorunum þessara sýkla. Ágengar maurategundir eru ábyrgar fyrir milljarða Bandaríkjadala tapi árlega vegna margvíslegra efnahagslegra hagsmuna (Lard o.fl. 2006, Adams 2019).

Aftur á móti er hunangsbýflugan eitt mikilvægasta skordýrið með tilliti til efnahagslegra framlags og að viðhalda heilsu sinni til að bregðast við veirusýkingum sem herja á þá er mikilvægt fyrir óteljandi hagsmuni (Genersch 2010). Þessi endurskoðun byggir á nýlegri og vaxandi vinnu þar sem gerð er grein fyrir ónæmissvörun evrópskra skordýra, þar sem aðaláhugi er lögð áhersla á meðfædda ónæmiskerfið. Við byrjum á því að lýsa í stuttu máli félagslegu friðhelgi á nýlendustigi og tökum sérstaklega eftir vörnum á nýlendum. Við þrengjum svo umfangið að einstaklingsstigi, með áherslu á meðfædda ónæmissvörun. Við kynnum samansafn af sívaxandi magni bókmennta og rannsókna á meðfæddri ónæmissvörun gegn veirusýkingum og bjóðum upp á nýjar spurningar til að elta í framtíðinni á þessu spennandi sviði.

Samfélagsleiki í skordýrum hefur þróast sjálfstætt mörgum sinnum, einkum í termítum og Hymenoptera (Nowak o.fl. 2010, Quiñones og Pen 2017). Þrátt fyrir ávinninginn af félagshyggju skapar umhverfið sem skapast með samfélagslífi einnig hagstæða atburðarás fyrir sníkjudýr og sýkla; stöðugt framboð fæðugjafa, tilvist viðkvæmra óþroskaðra og gestkvæmt umhverfishitastig veita framúrskarandi umhverfi fyrir mikið magn sýkla og sníkjudýra (Feldhaar og Gross 2008). Aukin snerting milli hreiðurbræðra getur leitt til aukinna möguleika á sýkingarsmiti og aukin skyldleiki klassískt við samfélagslega uppbyggingu leiðir til svipaðrar næmis fyrir sýkla (Baracchi o.fl. 2012b). Þessi samsetning einkenna er mjög til þess fallin að fara út faraldurssjúkdóma (Quevillon 2018, Pinilla-Gallego o.fl. 2020). Af þessum ástæðum hefur tilkoma evrópskrar nýlenduuppbyggingar ýtt undir þörfina fyrir öflug viðbrögð við ýmsum innrásarherjum, bæði sjúkdómsvaldandi og sníkjudýrum. Samfélagsleg skordýr mæta þessari áskorun í gegnum margar leiðir, allt frá víðtækri félagslegri ónæmissvörun til einstaklingsins, efnafræðilega miðluðu meðfæddu ónæmissvörun.

Vegna þess að hryggleysingjar, þar með talið eusocial skordýr, hafa ekki raunverulegt mótefnamiðlað ónæmiskerfi, er árangur þeirra mikil áhrif á getu þeirra til að virka sem eining í ónæmissvörun á nýlendustigi (félagslegt ónæmi), og á einstaklingsstigi með meðfæddu ónæmi. svör (Erler o.fl. 2011, Myllymäki og Rämet 2014, Palmer og Jiggins 2015). Í gegnum söguna hefur þróast „vopnakapphlaup“ milli skordýrahýsils og sýkla sem sýkja þá (Erler o.fl. 2011). Viðbrögð skordýra við sýkla á ónæmisfræðilegu stigi er áhugasvið sem hefur verið vel rannsakað í moskítóflugum og Dipteran líkanlífverunni Drosophila (Diptera: Drosophilidae) (Palmer og Jiggins 2015). Nýlegur áhugi með áherslu á friðhelgi í félagslegum Hymenoptera endurspeglar vaxandi meðvitund um mikilvægi þeirra fyrir hagsmuni manna.

Félagslegt ónæmi á ofurlífverustigi

Hugtakið "félagslegt friðhelgi" vísar til hegðunaraðlögunar og breytinga sem stuðla bæði að vörnum einstaklings og nýlendustigs gegn sýkingu. Félagslegt ónæmi er háð samvinnu nýlendunnar til að forðast, draga úr og hreinsa sníkjudýrasýkingar (Cremer o.fl. 2007, Cremer og Sixt 2009, Erler o.fl. 2011, Cremer o.fl. 2018). Félagsleg skordýr sýna glæsilega efnisskrá af þessum hegðunarfræðilegu ónæmisvörnum sem víðs vegar um nýlendurnar. Pörunaraðferðir geta verið meðal fyrstu varnanna gegn ógn af sjúkdómsvaldi; Æxlun kvenkyns félagslegra skordýra er að mestu einkynja og parast í einum atburði og dregur þar með úr flutningi sýkla og sníkjudýra til frumæxlunar og minnkar möguleika á lóðréttum smitefni (Cremer o.fl. 2007). A. mellifera ónæmissvörun við innrásarher byrjar utan nýlendunnar með sérhæfðum hunangsbýflugum með hliðvörðum sem eru staðsettar við inngang nýlendunnar til að meina sýktum eða sníkjudýrum einstaklingum aðgang að hreiðrinu (Waddington og Rothenbuhler 1976, Drum og Rothenbuhler 1985, Cremer o.fl. 2007).

Þegar fyrsta línan af varnarstöðvum er ófullnægjandi til að koma í veg fyrir innrás óvina, er fjöldi annarra félagslegra ónæmissvörunar beitt, þar á meðal aðgerðir til að fjarlægja sníkjudýr, hitasótt til að drepa bakteríur og fyrirbyggjandi upptöku kvoða sem styðja og auka efnaþol gegn sýkingum. (Cremer o.fl. 2007). Félagshiti í maurum (Cremer 2019) og hunangsbýflugum (Goblirsch o.fl. 2020) getur á áhrifaríkan hátt eldað örverur og sníkjudýra innrásarher, annað hvort hlutleyst eða dregið úr ógninni sem stafar af slíkum innrásarher (Sugahara og Sakamoto 2009, Goblirsch o.fl. 2020).

Örverueyðandi peptíð stuðla einnig í stórum dráttum að bæði félagslegu ónæmi og einstaklingsónæmissvörun; býflugnaeitur hefur örverueyðandi eiginleika þegar það er borið á naglabandið og sett í greiða (Baracchi o.fl. 2011, Baracchi o.fl. 2012a, Moreau 2013, Simone-Finstrom 2017). Svipað fyrirbæri sést hjá völdum maurategundum, þar sem beiting eiturs í húð virðist hafa hollustuáhrif (Tragust o.fl. 2013, Simone-Finstrom 2017). Hreinlætishegðun, þar með talið viðurkenning og fjarlæging sjúkra fullorðinna (Baracchi o.fl. 2012b) og hreinlætisfjarlæging útlægssníkjudýra og sýkla þjóna sem fyrirbyggjandi aðgerð í fjölmörgum fæðuleit eussocial Hymenoptera, þar á meðal vestrænu hunangsflugunni A. mellifera (Bozic og Valentine). 1995), asísk hunangsbýfluga Apis kerana (Hymenoptera: Apidae) (Rath 1999), og laufskerandi maurar Acromyrmex subterraneus (Hymenoptera: Formicidae) og Acromyrmex octospinosus (Hymenoptera: Formicidae) (Richard o.fl. 2009).

Þó félagslegt ónæmi á yfirlífverustigi sé mjög gagnlegt og mikilvægt í fyrstu svörun við innrás sýkla, er það oft ófullnægjandi til að sigrast á veirusjúkdómsvaldandi áhrifum þar sem ekki er meðfædd ónæmissvörun (Brutscher o.fl. 2015). Skortur á helstu vefjasamrýmanleikafléttum, T-viðtökum eða immúnóglóbúlínum sem eru einkennandi fyrir ónæmiskerfi hryggdýra leiðir til þess að mikið er treyst á vélrænar hindranir á einstaklingsstigi fyrir sýkla og meðfædd (efnafræðilega miðluð) ónæmissvörun. Meðal þekktra leiða sem tengjast meðfæddu ónæmi skordýra gegn veirusýkingum eru ónæmisskortur (Imd), Toll, RNAi og Janus kínasa (JAK/STAT) merkjaleiðir, svo og seyting örverueyðandi peptíða (AMPs) (Barribeau et. al. 2015, Brutscher o.fl. 2015, Brutscher og Flenniken 2015).

Ónæmisbrestur (Imd) leið

Í eusocial Hymenoptera er þátttaka ónæmisbrests eða Imd ferilsins í vörn gegn vírusum nokkuð dulræn og yfirgnæfandi meirihluti rannsókna á skordýrum Imd takmarkast við Drosophila. Imd-ferillinn gegnir flóknu hlutverki í lífssögu skordýra, virkar bæði sem ónæmissvörunarleið og mikilvægur eftirlitsaðili í þróun (Erler o.fl. 2011). Í ónæmiskerfi Drosophila er Imd ábyrgur fyrir stjórnun NF-kB próteins Relish (Dushay o.fl. 1996, Myllymäki og Rämet 2014), og tjáningu meirihluta Drosophila sýklalyfjapeptíða (AMP) (Myllymäki o.fl. 2014).

Í Drosophila hefst virkjun Imd ferilsins með því að þekkja örveruefni, auðveldað með því að greina sýklatengd sameindamynstur (PAMPs) sem eru einstök fyrir sýkillinn. Imd virkni er oftast tengd bakteríusýkingum, sérstaklega Gram-neikvæðum og ákveðnum Gram-jákvæðum bakteríum, þar sem PGRP-LC (transhimnuviðtakar) binst helst við mesódíamínópímelic-sýru sem er einstök fyrir bakteríur (Kaneko og Silverman 2005, Kleino og Silverman 2014, 2019). Hann virkar sem aðalviðtakinn við upphaf Imd-ferilsins í altækri sýkingu, eða við staðbundið viðbragð í miðgirni í fremri hluta miðgirnis við staðbundna sýkingu (Choe o.fl. 2002, Gottar o.fl. 2002, ZaidmanRémy o.fl. 2006 , Myllymäki o.fl. 2014). Meðal algengra þekkingarþátta er peptidoglycan, byggingarþáttur margra bakteríusýkla.

Merkilegt er að utanlegsbundin tjáning PGRP í Drosophila fitulíkamanum getur virkjað tjáningu örverueyðandi peptíða í fjarveru sýkingar (Myllymäki o.fl. 2014). Þátttaka Imd ferilsins er mismunandi eftir tegundum smitefnis; Imd gegnir stærra hlutverki í vörn Drosophila gegn Sindbis vírus og Cricket Paralysis Virus en Toll, en Imd virðist ekki taka mikinn þátt í úthreinsun Drosophila C veiru (Brutscher o.fl. 2015).

Nýleg vinna styður vísbendingu um Imd til að bregðast við vírusum. Sameindavinna sem rannsakar veiruónæmissvörun í argentínska maurnum Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae) leiddi í ljós stigfall á svörun við mismunandi tegundum sýkla. L. auðmjúk umritagreining á ónæmissvörun við bakteríu Pseudomonas spp. (Pseudomonadales: Pseudomonadaceae) sýkingu og L. humile veira 1, en hunangsbýflugnasjúkdómurinn Black Queen Cell Virus olli ekki meiriháttar breytingu á tjáningu ónæmisferla (Lester o.fl. 2019). Relish, umritunarþáttur í Imd brautinni, hefur verið klónaður og raðgreindur úr bæði Nothomyrmecia macrops (Hymenoptera: Formicidae) og nokkrum Myrmecia maurategundum og er líklega bendlaður við aukna seytingu sýklalyfja peptíða (Schlüns og Crozier 2007, Schluns og Crozier ). Safngreining á svörun á umritunarstigi í hunangsbýflugunni A. mellifera í meðferð með Varroa-mítlum með veiruútsetningu sýndi einnig mismunandi tjáningu á Imd genum iap2 og rel (Doublet o.fl. 2017).

Þó að eussocial skordýraþátttaka Imd í veiruónæmissvörun sé áfram nokkuð hjákátleg, leiddi nýleg vinna í Drosophila til auðkenningar dreidel, gens sem kóðar prótein í blóðrás sem tengist Imd bælingu. Deidel hefur verið rænt af nokkrum skordýra DNA vírusum, sem bælir virkjun Imd ferla í ónæmissvörun hýsilsins við veirusýkingu. Þetta leiddi aftur til þeirrar uppgötvunar að kínasinn IKK og umritunarþátturinn NF-K voru mikilvægir fyrir úthreinsun bæði Drosophila C veiru og Cricket Paralysis veiru (Imler 2019). Báðar þessar veirur eru meðlimir í veirufjölskyldunni Dicistroviridae, sem margir veirusýkinga sem hýst eru af eusocial Hymenoptera tilheyra.

Tollbraut

Eins og raunin er með margar ónæmisleiðir skordýra, hefur meirihluti vinnunnar við skordýratoll beinst að Drosophila. Tollurinn er mjög varðveittur leið yfir ættkvíslir og er óaðskiljanlegur bæði ónæmissvörun og þroskaferli hryggdýra og skordýra (Evans o.fl. 2006). Algengast er að tollurinn tengist sveppa- og Gram-jákvæðu ónæmi í skordýrum, en vísbendingar sýna að veiruónæmissvörun getur einnig myndast vegna Toll-boða (Doublet o.fl. 2017, Rosales og Vonnie 2017, Lester o.fl. 2019, Baty o.fl. 2020). Í Drosophila er Toll hafin með klofningu á frumtofnulíka umritunarþáttinum Spatzle og bindingu C-enda brotsins af leucine-rich repeat (LRR) Toll (Weber o.fl. 2007, Lindsay og Wasserman 2014).

Þegar Spatzle binst Toll LRR dimerizes Toll og verður virkt. Eftir virkjun dimerast Toll/interleukin-1 receptor homology (TIR) ​​lénin, sem stuðlar að bindingu millistykkispróteins MyD88 í gegnum TIR lénið. MyD88 binst svo millistykki próteinrörsins og nýtir próteinkínasa Pelle sem binst dauðasvæðum. Pelle nýliðun leiðir til sjálffosfórunar á Pelle, sem veldur niðurbroti á hemlinum Cactus. Niðurbrot kaktus veldur losun umritunarþátta annað hvort Diff eða Dorsal, sem síðan eru færðir yfir í kjarnann (Lindsay og Wasserman 2014).

Tollurinn er einnig tengdur við ónæmissvörun eussocial Hymenoptera. Athyglisvert er að það eru tveir trúverðugir Spatzle réttvísanir áberandi í erfðamengi hunangsbýflugna (GB13503, GB15688) (Evans o.fl. 2006). Raðgreining á erfðamengi hunangsbýflugna leiddi einnig í ljós tvö samsvörun Drosophila umritunarþáttarins Dorsal, og innanfrumuhlutana Cactin, Pellino, TNF viðtaka-tengdan þátt-2 og Tollip.

Allir þessir þættir eru taldir gegna stóru hlutverki í Toll-leiðinni og allir virðast vera til staðar í bæði Drosophila og hunangsbýflugnategundum (Evans o.fl. 2006, Doublet o.fl. 2017). Uppskriftarrannsóknir hafa bent Toll í flókið hlutverk í veiruviðbrögðum í hunangsflugunni; ungar býflugur sem voru tilraunasmitaðar af ísraelska bráðri lömunveiru (IAPV) sýndu aukna tjáningu Toll gena á meðan þroskaðari, náttúrulega sýktar býflugur sýndu ekki umritunaráhrif Toll (Brutscher o.fl. 2015, Galbraith o.fl. 2015). Þó að ónæmissvörun mauraveiru sé enn illa skilin, studdu nýleg vinna í argentínska maurnum L. humile einnig þá trú að kjarnamengi ónæmisgena taki þátt í ónæmissvörun maurs við sjúkdómsvaldinu (Lester o.fl. 2019). Tollferill NF-kB homolog dorsal-1A var framkallaður af umritunarbýflugum í hunangsbýflugum þegar þær voru sníkjudýrar af mítalnum Varroa, sem bendir eindregið til þess að Toll sé bendlaður við að bregðast við vansköpuðum vængjaveiru (DWV) sýkingu, þar sem Varroa er ábyrgur fyrir DWV smit til hunangsbýflugna (Doublet o.fl. 2017).

Aðrir þættir tollferilsins hafa einnig verið auðkenndir í eusocial Hymenoptera. Umritunarþátturinn Relish hefur verið klónaður og raðgreindur í maurategundum Nothomytmecia fjölvi sem og nokkrum Myrmecia tegundum, (Schluns og Crozier 2009, Johansson o.fl. 2013, Lindsay og Wasserman 2014). Að sama skapi hafa Toll merkjaleiðarhlutar Toll, Pelle og Dorsal verið klónaðir og raðgreindir í Formica aquilegia (Hymenoptera: Formicidae) (Lindsay og Wasserman 2014).

Toll boðleiðin hefur einnig verið tengd við ónæmissvörun á heimsvísu ífarandi maurum við áskorun veirusýkla. Lester o.fl., 2019 notuðu RNA raðgreiningu til að bera kennsl á vírusa sem smita ífarandi Hymenopterans. Sterkustu tengdu ónæmisgenin sem taka þátt í RNA veirusýkingu með jákvæðum skilningi (Deformed Wing Virus og Linepithema humile virus-1) eru peptíðþekkingarprótein sem eru úthlutað Toll- og Imd-ferlum í ágengum argentínska maurnum (Lester o.fl. 2019) ). Þetta gefur til kynna sterk fyrirheit um svipaða þátttöku Toll-ferilsins í svörun rauðra innfluttra eldmaura við Solenopsis invicta veirum, þar sem þessar veirur eru einnig einþátta RNA veirur með jákvæðum skilningi (Valles o.fl. 2004).

Örverueyðandi peptíð

Örverueyðandi peptíð (AMP) eru fjölbreytt, mjög varðveitt og mikilvæg áhrifavaldar sem eru til staðar í ýmsum ónæmiskerfum hryggdýra og hryggleysingja. AMP eru tengd við ónæmissvörun gegn nokkrum sýklahópum og bregðast við örveruhimnum sýkla. Þær samanstanda almennt af 15–20 amínósýrum og eru flokkaðar út frá amínósýrubyggingu þeirra og samsetningu (Wu o.fl. 2018). Þó að AMP séu fyrst og fremst áhrifavaldar gegn bakteríusýkingum, eru sumir áhrifaríkir til að bregðast við veiruáskorunum (Evans og Lopez 2004, Yi o.fl. 2014, Wu o.fl. 2018).

Þar á meðal eru cecropins, sem upphaflega voru auðkennd og einangruð úr hemolymph af cecropia möl Hyalophora cecropia (Lepidoptera: Saturniidae) sem nafnið er dregið af (Hultmark o.fl. 1982). Þó að cecropin séu að mestu leyti fólgin í vörn gegn Gram-jákvæðum og Gram-neikvæðum bakteríum, hamlar cecropin P1 losun veiruagna og dregur úr veiruframkölluðum frumudauða (Schluns og Crozier 2009, Guo o.fl. 2014, Wu o.fl. 2018). veiru dreifingu. Verkunarháttur felur í sér truflun á veiruhjúpnum og sýnir verulega hamlandi virkni gegn losun veiruagna (Schluns og Crozier 2009, Guo o.fl. 2014, Wu o.fl. 2018).

Nokkrir AMP hafa verið auðkennd í maurum; defensín voru þekkt með klónun og raðgreiningu í 25 maurategundum og 2 Myrmica tegundum (Schluns og Crozier 2009). Meðal auðkenndra AMP-tengdra gena er eitt sem kóðar fyrir serínpróteasahemil sem gæti verið bendlaður við ónæmisboð (Schluns og Crozier 2009). Tvö AMP sem líkjast hymenopteran og aftur frá hunangsbýflugunni A. mellifera hafa fundist í rauða innflutta eldmaurnum Solenopsis invicta (Tian o.fl. 2004). Þessir tveir AMPs koma sterkari fram hjá nýfengnum S. invicta drottningum en í ómótuðum drottningum, sem bendir til ónæmisáskorunar sem tengist pörun (Evans o.fl. 2006). AMP hefur einnig verið greint í eitri sumra maura (Kuhn-Nentwig 2003). Þar á meðal eru insúlín, sem sýna líkindi við melittín frá A. mellifera. Melittin er örverueyðandi og blóðlýjandi (Schluns og Crozier 2009).

Sýnt hefur verið fram á að Bombus tegundir og A. mellifera hafi afrit af AMP defensín genum (1 eintak í Bombus og 2 eintök í A. mellifera) (Barribeau o.fl. 2015). Þó aftur og hymenopteran tengist ónæmissvörun baktería, taka höfundarnir fram að stórfelld niðurbrot vefja sem tengist verðhjöðnun gæti hrundið af stað losun frumubundinna örvera, sem hrundið af stað losun AMPs sem svar (Tian o.fl. 2004). Svipað fyrirbæri gæti átt þátt í veiruónæmissvöruninni. Hunangsbýflugan A. mellifera er einstök í notkun sinni á AMP sem mynd af bæði félagslegu og sameindaónæmissvörun; royalizing er skordýravörn sem er einangrað úr konungshlaupi hunangsbýflugunnar og gegnir hlutverki í ónæmi og þroska (Bílikova o.fl. 2015). Það skal þó tekið fram að AMPs sem greinst hafa í félagslegum Hymenopterans hafa verið bendlaðir við að bregðast við bakteríu (Gram-jákvæðum og Gram-neikvæðum) og sveppasýkingum (Wu o.fl. 2018). AMP þátttaka í eusocial Hymenopteran veiru ónæmissvörun hefur ekki verið skjalfest svo við vitum, en vísbendingar benda til þess að þetta gæti verið spennandi könnunarsvæði (Lester o.fl. 2019).

RNAi

RNAi, eða RNA truflun/þagnun, er mjög varðveitt stjórnunar- og varnarleið þar sem Drosophila og önnur skordýr berjast gegn veirusýkingu. RNAi ferillinn heldur áfram með tveimur meginskrefum, upphaf og framkvæmd (Van Rij o.fl. 2006, Zambon o.fl. 2006). Í upphafi eru tvíþátta RNA (dsRNA) unnin með endoribonucleases Dicer1 eða Dicer2 í smærri dsRNA hluta með 3' endum sem liggja yfir. Unnu, smærri RNA eru notuð til að hefja RNAi framkvæmdarskref (Zambon o.fl. 2006, Brutscher og Flenniken 2015, Brutscher o.fl. 2015). Eftir upphaf eru litlir RNA hlutar felldir inn í RISC, eða RNA-framkallaða þagnarkomplex. Þetta felur í sér að binda sniðmátstrenginn við Argonaut prótein. And-skynþráður litlu dsRNA er síðan felldur inn í RISC með próteini r2d2 (Schwarz o.fl. 2004). Einfaldi strengurinn af dsRNA sem er felldur inn í RISC með Argonaut próteinbindingu er eftir og virkaði sem leiðarvísir til að staðsetja viðbótar mRNA.

Þetta er kallað leiðarstrengur. Binding við mRNA innan frumunnar er nákvæm vegna leiðbeiningar með basapörun milli strengsins sem er bundinn við RISC og marksins. Eftir bindingu kemur Argonaut af stað og hvatar klofnun markhóps mRNA, sem leiðir til niðurbrots. Ferlið er svipað þegar microRNA er notað sem leiðarstrengur í Argonaut, en miRNA leiðsögn getur leitt til ónákvæmrar bindingar og niðurbrots stærri mRNA (Schwarz o.fl. 2004). Þótt það sé mikilvægt fyrir stjórnun nokkurra innrænna mRNAs, taka RNAi-binding og niðurbrot einnig þátt í stjórnun veira og eru mjög varðveitt í ýmsum lífverum, þar á meðal plöntum, hryggleysingjum og sumum bakteríum (Robbins o.fl. 2009).

SiRNA-ferillinn hefur verið tengdur við vörn gegn veirusýkingum í Drosophila og öðrum skordýrum. Sýnt var fram á að Flockhouse veirusýking væri í lágmarki skaðleg gegn Drosophila í villtum flugum (50 prósent lifun 15 dögum eftir sýkingu), en Dicer-2 stökkbreyttar flugur sýndu 60 prósent dánartíðni 6 dpi og 95 prósent við 15 dpi (Wang o.fl. . 2006). SiRNA ferillinn er mjög varðveittur og tengist einnig félagslegri Hymenopteran veiru ónæmissvörun. Meirihluti veirusýkinga sem sýkja hina félagslegu Hymenopteran hunangsbí A. mellifera eru RNA veirur í fjölskyldum Dicistroviridae og Iflaviridae (Niu o.fl. 2014). Djúp raðgreining sem gerð var á nýlendum sem þjáðust af hrunröskun greindust mikið af 21-22 núkleótíð siRNAs með fullkominni raðsamsvörun við ísraelska bráða lömunveiru (IAPV), Kashmir býflugnaveiru, vansköpuð vængjaveiru (DWV) (Hunter o.fl. 2010), og A. mellifera rhabdoveiru-1 og -2 (McMenamin og Flenniken 2018). Sýnt var fram á lækkun á veirutítra IAPV og DWV, sem styður fullyrðinguna um að siRNA ferillinn sé flæktur í veiruónæmissvörun eins og í Drosophila (Hunter o.fl. 2010). Svipaðar niðurstöður komu fram þegar ísraelskar og bandarískar hunangsbýflugnabyggðir voru gerðar tilraunir með hinar átta mismunandi veirutegundir (Chejanovsky o.fl. 2014).

Að sama skapi vöktu hunangsbýflugnabyggðir í Flórída og Pennsylvaníu verulega vernd gegn neikvæðum áhrifum IAPV frá samhljóða dsRNA útsetningu (Hunter o.fl. 2010). Aukin tjáning dicer og argonaute-2 átti sér stað við útsetningu fyrir bæði tilraunalíkani vírus (Brutscher o.fl. 2017) og sjúkdómsvaldandi sjúkdómsvaldandi ísraelska bráða lömunveiru (IAPV) í hunangsflugunni (Galbraith o.fl. 2015). A. cerana lirfur sem voru meðhöndlaðar með dsRNA sértæku fyrir kínverska Sacbrood veiru leiddu einnig til lækkunar á veiru títra veirunnar sem var til staðar innan sýnis úr nýlendum (Brutscher o.fl. 2015, Brutscher og Flenniken 2015). Þessar niðurstöður eru líklega viðeigandi fyrir áhugasviðsvörun ífarandi maura við veirusýkingum, þar sem margir sýklar sem sýkja ífarandi maura eru, eða voru áður, flokkaðir sem meðlimir veirufjölskyldunnar Dicistroviridae (Lester o.fl. 2019, Baty o.fl. 2020).

JAK/STAT

Í Drosophila, JAK/STAT (Janus kínasa/merki transducer and activator of transcription) leiðarbindlar innihalda þrjú cýtókínlík prótein sem nefnast óparað (upp), óparað2 (upd2) og óparað3 (upd3). Allir eru framkallaðir af vefjasári. Upd er framkallað af bakteríuónæmissvörun, en upd2 og upd3 eru framkölluð sem svörun við veirusjúkdómsgreiningu. Til að bregðast við sjúkdómsvaldandi innrás, binst hver af upp sameindunum sérstaklega við einstakan viðtaka sem kallast Domeless. Í Drosophila er einn JAK (Avadhanula o.fl. 2009) og einn STAT umritunarstuðull, hopscotch og Stat92E, í sömu röð.

Sem svar við bindingu cýtókíns við viðtaka dimerísar viðtakinn og virkjar JAK. Virkjuðu JAK-efnin fosfóra hvert annað svo og sérstakar týrósínleifar á viðtakanum, sem síðan virka sem tengipunktar fyrir Src homology 2 lén STAT sameindarinnar. STATs eru einnig fosfórýleruð af JAK, sem gerir þeim kleift að dimmera og flytjast yfir í kjarnann til að virka sem hvatamaður markgena þeirra (Myllymäki og Rämet 2014).

JAK/STAT leiðin í skordýrum hefur verið best rannsökuð í Drosophila, sem er plága af nokkrum náttúrulegum veirum óvinum. Eins og raunin er í skordýrasvörun við öðrum sýkla, felur Drosophila ónæmissvörun við veirusýkingum í sér víxlspjall milli margra kerfa, þar á meðal Toll og JAK/STAT. Ónæmissvörunargenin sem innrásarher sveppa og bakteríusýkingar framkalla eru aðgreind frá þeim sem vírusar valda, sem bendir til sérstaks viðbragðskerfis sem er sérsniðið fyrir innrásaraðilana sem þeir miða við (Myllymäki og Rämet 2014). Einnig hefur komið fram að mörg gen eru virkjuð af JAK/STAT leiðinni til að bregðast við Drosophila C veirunni og veiruálag og dánartíðni eykst með skorti á þessari leið (Myllymäki og Rämet 2014).

Sýnt hefur verið fram á að Drosophila tjáning cýtókína Upd2 og Upd3 er mjög framkölluð eftir sýkingu með Cricket Paralysis Virus (fjölskyldan Dicistroviridae) (Lamiable og Imler 2014). Þetta á við um ónæmisrannsóknir á ágengum maurum og hunangsbýflugum, þar sem margir sýkla sem sýkja þessar eusocial Hymenoptera eru meðlimir Dicistroviridae. Eldmaurasjúkdómsvaldarnir Solenopsis invicta veirur voru upphaflega settar innan sömu veirufjölskyldunnar (Valles o.fl. 2004) og gátu brugðist á svipaðan hátt og miklu betur rannsakaða líkaninu Drosophila. Ennfremur taka siRNA og JAK/STAT ferilarnir þátt í víxlspjalli hver við annan sem svar við sjúkdómsvaldandi innrás (Niu 2015), og JAK/STAT hefur verið bendlað við veiruónæmissvörun í Hymenopteran Bombus terrestris, buff-tailed. humla.

Til að meta þátttöku JAK/STAT í B. terrestris veiruónæmissvörun, Niu, 2015 þaggaði niður lykil JAK/STAT hluti Hop fyrir sáningu með ísraelsku bráða lömunveiru (IAPV) og Slow Bee Paralysis Virus (SPBV). Þessi rannsókn sýndi engin marktæk tengsl á milli IAPV títra samanborið við ósýktar samanburðarbýflugur, en það var marktæk aukning á SPBV veiru títra tveimur dögum eftir sýkingu, sem bendir til tímabundins þáttar í JAK/STAT merkjum í veiru ónæmissvörun í B. terrestris (Niu) 2015) (Supp efni [aðeins á netinu]).

Lokaorð

Ónæmissvörun félagslegra hymenoptera við áskorun veirusýkla sem sýkja þá er kraftmikið, margþætt efni sem nýlega hefur byrjað að stríða í sundur. Eftir því sem slíkum rannsóknaviðleitni hefur fleygt fram er verið að átta sig á alvarleika og mikilvægi meðfædds ónæmis fyrir hagsmunum efnahagslegs líffræðilegs fjölbreytileika. Eusocial Hymenoptera er vistfræðilega og efnahagslega mikilvæg bæði í skaðlegum og framlagandi getu. Þar á meðal er hunangsbýflugan A. mellifera eitt af efnahagslega hagkvæmustu skordýrunum í landbúnaði manna og leggur til milljarða Bandaríkjadala árlega á heimsvísu (Brutscher o.fl. 2015, Popovska Stojanov o.fl. 2021). Þrátt fyrir gríðarlega mikilvægt hlutverk hunangsbýflugunnar og verndunarviðleitni til að varðveita hana, deyja allt að 30 prósent af nýlendum Bandaríkjanna árlega, þar sem margt af þessu tapi er rakið til Colony Collapse disorder (CCD) (Brutscher o.fl. 2015, McMenamin og Genersch 2015, McMenamin og Flenniken 2018).

Þar sem veirusjúkdómur heldur áfram að eyðileggja þennan helsta frævunarmann, verður sífellt augljósari nauðsyn frekari rannsókna á meðfædda ónæmiskerfinu. Á hinum enda vaxtarófsins eru ágengar maurategundir. Ágengar maurar eru einstaklega vel heppnaðar, að því marki að þeir valda umtalsverðu tjóni á efnahags- og líffræðilegum fjölbreytileika. Með þetta í huga hefur leitin að öruggum, áhrifaríkum, hýsilsértækum og sjálffjölgandi líffræðilegum varnarefnum til að berjast gegn innrásarmaurum leitt til þess að nokkrir náttúrulegir veiruóvinir eru álitnir efnilegir líffræðilegir varnarefni. Þó að umsókn um náttúrulega óvin veiru sé spennandi rannsóknarsvið, er skilningur á samskiptum hýsils og umboðsmanns og ónæmissvörun hýsilsins við sýkillinn mikilvægur fyrir árangur líffræðilegrar stjórnunar. Eftir því sem áhrif veirusýkinga sem sýkja eusocial skordýrin verða sífellt áberandi, verður skilningur á áskorun veirusjúkdómsvalda sífellt meira viðeigandi fyrir bæði rannsóknarvísindi og landbúnað.

Ónæmi framkallað af jafnvel náskyldum sýklum er mjög fjölbreytt og nokkuð ósamræmi milli flokka, og aðeins er hægt að spá fyrir um allar afleiðingar þessara viðbragða eins og er. Veirur gætu hamlað örvun ákveðinna ferla og ónæmissvörun við jafnvel náskyldum náttúrulegum veirum óvinum getur verið mjög mismunandi eftir flokkum. Einnig athyglisvert er sú athugun að, sérstaklega hjá maurum, eru sumar leiðir áhrifaríkar gegn ákveðnum vírusum en ekki öðrum; sum gen voru jákvæð fylgni við veiruáskorun í argentínskum maurum, en önnur voru í neikvæðri fylgni. Ónæmissvörun skordýra við innrás veirusjúkdómsvalda er rannsóknarsvið sem veitir enn fjölmörg tækifæri til nýrra rannsókna, sérstaklega þar sem það snýr að sjúkdómsvaldandi líffræðilegum eftirlitsaðferðum skordýra. Frekari nýleg vinna hefur varpað ljósi á hlutverk smitandi RNA (Maori o.fl. 2019), kynslóða ónæmisvaka (Amiri o.fl. 2020) og hitalostpróteina (McMenamin o.fl. 2020) bæði í félagslegu og meðfæddu ónæmi. Það er án efa margt hægt að læra um ónæmissvörun við veirusýkingum í eusocial Hymenoptera; framtíðin er björt fyrir þetta spennandi fræðasvið.

Viðurkenningar

Þetta verkefni var styrkt af Texas A&M University Invasive Ant Research and Management Seed Grant program.

Tilvísanir Vitnað

1. Adams, C. 2019. Landbúnaðar- og læknisfræðileg áhrif innfluttra eldmauranna. Fire Ants and Leaf-Cutting Ants, CRC Press, bls. 48–57.

2. Amiri, E., J. J. Herman, M. K. Strand, D. R. Tarpy og O. Rueppell. 2020. Umskriftarsnið eggja bregst við veirusýkingu móður í hunangsbýflugum, Apis mellifera. Smitast. Genet. Evol. 85: 104558.

3. Avadhanula, V., B. P. Weasner, G. G. Hardy, J. P. Kumar og R. W. Hardy. 2009. Nýtt kerfi til að hefja alfaveiru RNA nýmyndun sýnir hlutverk Imd ferilsins í veirueyðandi svörun liðdýra. Plos Pathog. 5: e1000582.

4.Baracchi, D., S. Francese og S. Turillazzi. 2011. Fyrir utan rándýra vörnina: eitur býflugna virka sem hluti af félagslegu friðhelgi. Eiturefni. 58: 550–557.

5.Baracchi, D., G. Mazza og S. Turillazzi. 2012a. Frá einstaklingsbundnu friðhelgi til sameiginlegs friðhelgi: hlutverk eitursins sem sýklalyfja í Stenogastrinae geitungasamfélögunum. J. Insect Physiol. 58: 188–193.

6.Baracchi, D., A. Fadda og S. Turillazzi. 2012b. Vísbendingar um sótthreinsandi hegðun gagnvart veikum fullorðnum býflugum í hunangsbýflugnabyggðum. J. Insect Physiol. 58: 1589–1596.

7. Barribeau, S. M., B. M. Sadd, L. du Plessis, M. J. Brown, S. D. Buechel, K. Cappelle, J. C. Carolan, O. Christiaens, T. J. Colgan og S. Erler. 2015. Örlítið ónæmisefni er á undan þróun félagshyggju í býflugum. Erfðamengi Biol. 16:1–21.

8. Baty, J. W., M. Bulgarella, J. Dobelmann, A. Felden og P. J. Lester. 2020. Veirur og áhrif þeirra á maura (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News 30:213–228.

9. Bílikova, K., S. C. Huang, I. P. Lin, J. Šimuth og C. C. Peng. 2015. Uppbygging og sýklalyfjavirkni samband royalizing, örverueyðandi peptíð úr konungshlaupi Apis mellifera. Peptíð. 68: 190–196.

10.Bozic, J. og T. Valentincic. 1995. Megindleg greining á félagslegri snyrtihegðun hunangsbýflugunnar Apis mellifera carnica [sjálfhreinsandi, snyrtidans, sníkjudýr]. Apidologie, Frakklandi.

11. Brutscher, L. M. og M. L. Flenniken. 2015. RNAi og veirueyðandi vörn í hunangsflugunni. J. Immunol. Res. 2015: 941897.

12. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh og M. L. Flenniken. 2015. Veirueyðandi varnarkerfi í hunangsbýflugum. Curr. Opin. Skordýr Sci. 10: 71–82.

13. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh og M. L. Flenniken. 2017. Vírus- og dsRNA-kveikt uppskriftarviðbrögð sýna lykilþætti veiruvarnar gegn hunangsbýflugum. Sci. Frumvarp 7: 1–15.

14.Chejanovsky, N., R. Ophir, M. S. Schwager, Y. Slabezki, S. Grossman og D. Cox-Foster. 2014. Lýsing á veiru siRNA stofnum í hunangsbýflugnaræktunarröskun. Veirufræði. 454-455: 176–183.

15.Choe, K. M., T. Werner, S. Stöven, D. Hultmark og K. V. Anderson. 2002. Krafa um peptidoglycan recognition protein (PGRP) í Relish virkjun og bakteríudrepandi ónæmissvörun í Drosophila. Vísindi. 296: 359–362.

16. Cremer, S. 2019. Félagslegt friðhelgi skordýra. Curr. Biol. 29: R458–R463.

17. Cremer, S. og M. Sixt. 2009. Hliðstæður í þróun einstaklings og félagslegs friðhelgi. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 364: 129–142.

18.Cremer, S., S. A. Armitage og P. Schmid-Hempel. 2007. Félagslegt friðhelgi. Curr. Biol. 17: R693–R702.

19.Cremer, S., C. D. Pull og M. A. Fürst. 2018. Félagslegt friðhelgi: tilkoma og þróun sjúkdómsverndar á nýlendustigi. Annu. Séra Entomol. 63: 105–123.

20. Doublelet, V., Y. Poeschl, A. Gogol-Döring, C. Alaux, D. Annoscia, C. Aurori, S. M. Barribeau, O. C. Bedoya-Reina, M. J. Brown og J. C. Bull. 2017. Eining í vörn: starfsmenn hunangsbýflugna sýna varðveitt sameindaviðbrögð við fjölbreyttum sýkla. BMC Genomics 18: 1–17.

21. Drum, N. H. og W. C. Rothenbuhler. 1985. Mismunur á árásarlausum viðbrögðum vinnuhunangsbýflugna við sjúkum og heilbrigðum býflugum í maí og júlí. J. Apíkult. Res. 24: 184–187.

22. Dushay, M. S., B. Asling og D. Hultmark. 1996. Uppruni ónæmis: relish, efnasamband Rel-líkt gen í bakteríudrepandi vörn Drosophila. Frv. Natl. Acad. Sci. U. SA 93: 10343–10347.

23. Erler, S., M. Popp og H. M. Lattorff. 2011. Virkni genatjáningar ónæmiskerfis við bakteríuáskorun og sár í félagslegu skordýri (Bombus terrestris). Plos One. 6: e18126.

24. Evans, J. D., K. Aronstein, Y. P. Chen, C. Hetru, J. L. Imler, H. Jiang, M. Kanost, G. J. Thompson, Z. Zou og D. Hultmark. 2006. Ónæmisleiðir og varnarkerfi í hunangsbýflugum Apis mellifera. Skordýr Mol. Biol. 15: 645–656.

25. Evans, J. D. og D. L. Lopez. 2004. Bakteríulyf framkalla ónæmissvörun í hunangsbýflugunni (Hymenoptera: Apidae). J. Econ. Entomól. 97: 752–756.

26. Feldhaar, H. og R. Gross. 2008. Ónæmisviðbrögð skordýra á bakteríusýkla og gagnkvæma. Örverur smitast. 10: 1082–1088.

27. Galbraith, D. A., X. Yang, E. L. Niño, S. Yi og C. Grozinger. 2015. Samhliða epigenomic og transcriptomic svörun við veirusýkingu í hunangsbýflugum (Apis mellifera). Plos Pathog. 11: e1004713.

28.Genersch, E. 2010. Hunangsbýflugur meinafræði: núverandi ógnir við hunangsbýflugur og býflugnarækt. Appl. Örverur. Líftækni. 87: 87–97.

29. Goblirsch, M., J. F. Warner, B. A. Sommerfeldt og M. Spivak. 2020. Félagshiti eða almenn ónæmissvörun? Endurskoða dæmi um félagslegt friðhelgi í hunangsbýflugum. Skordýr 11: 528.

30. Gottar, M., V. Gobert, T. Michel, M. Belvin, G. Duyk, J. A. Hoffmann, D. Ferrandon og J. Royet. 2002. Drosophila ónæmissvörun gegn Gram-neikvæðum bakteríum er miðlað af peptidoglycan-þekkingarpróteini. Náttúran. 416: 640–644.

31. Guo, C., Y. Huang, P. Cong, X. Liu, Y. Chen og Z. He. 2014. Cecropin P1 hamlar svínaæxlunar- og öndunarfæraheilkennisveiru með því að hindra viðhengi. BMC Örverufræði 14: 1–11.

32. Hultmark, D., A. Engström, H. Bennich, R. Kapur og H. G. Boman. 1982. Skordýraónæmi: einangrun og uppbygging cecropin D og fjögurra minniháttar bakteríudrepandi þátta úr Cecropia pupae. Eur. J. Biochem. 127: 207–217.

33.Hunter, W., J. Ellis, D. Vanengelsdorp, J. Hayes, D. Westervelt, E. Glick, M. Williams, I. Sela, E. Maori, J. Pettis, o.fl. 2010. Umfangsmikil vettvangsnotkun RNAi tækni sem dregur úr ísraelskum bráðum lömun veirusjúkdómi í hunangsbýflugum (Apis mellifera, Hymenoptera: Apidae). Plos Pathog. 6: e1001160.

34.Imler, J.-L. 2019. Skordýrageymi fjölbreytileika fyrir vírusa og veirueyðandi aðferðir. Comptes Rendus Biologies 342: 260–262.

35.Johansson, H., K. Dhaygude, S. Lindström, H. Helanterä, L. Sundström og K. Trontti. 2013. A metatranscriptomic nálgun til að bera kennsl á örverur í tengslum við maur Formica búast við. Plos One. 8: e79777.

36. Kaneko, T. og N. Silverman. 2005. Bakteríuþekking og merking með Drosophila IMD leiðinni. Cell. Örverur. 7: 461–469.

37. Kleino, A. og N. Silverman. 2014. Drosophila IMD leiðin í virkjun húmors ónæmissvörunar. Dev. Samgr. Immunol. 42: 25–35.

38. Kleino, A. og N. Silverman. 2019. Reglugerð um Drosophila Imd ferilinn með því að gefa merki amyloids. Skordýralífefnafræði. Mol. Biol. 108: 16–23.

39.Kuhn-Nentwig, L. 2003. Örverueyðandi og frumudrepandi peptíð eitraðra liðdýra. Cell. Mol. Lífvísindi. 60: 2651-2668.

40. Lamiable, O. og J. L. Imler. 2014. Framkallað veirueyðandi meðfædd ónæmi í Drosophila. Curr. Opin. Örverur. 20:62–68.

41. Lard, C. F., J. Schmidt, B. Morris, L. Estes, C. Ryan og D. Bergquist. 2006. Efnahagsleg áhrif innfluttra eldmaura í Bandaríkjunum. Texas A&M University, Department of Agricultural Economics, Texas Agricultural Experiment Station, College Station, TX.

42. Lester, P. J., K. H. Buick, J. W. Baty, A. Felden og J. Haywood. 2019. Mismunandi bakteríu- og veirusýkingar koma af stað

For more information:1950477648nn@gmail.com