Криптобиоз – что это: описание и фото

Криптобиоз у цихлид

Род Cryptobia относится к классу Жгутиковых (Mastigophora). Эти простейшие тесно связаны с родами Hexamita и Spironucleus, однако не настолько хорошо изучены. Наряду с Hexamita и Spironucleus, криптобии очень маленькие (одноклеточные) организмы и, следовательно, их трудно идентифицировать и изучать. У рыб было найдено 52 вида криптобий, некоторые из которых могут и не являться отдельными видами. Эта неопределенность обусловлена ошибками определения, что связано с маленьким размером организма и сложной таксономией. Из 52 найденных видов, 5 классифицируются как эктопаразиты, поражающие жабры и кожу, 7 относятся к кишечным паразитам, инфицирующим желудочно-кишечный тракт, и 40 классифицируются как кровяные жгутиковые, находящиеся в кровотоке. Недавно было предложено относить кровяных жгутиковых к подроду Trypanoplasma. Эти паразиты имеют сложный жизненный цикл и переносятся пиявками, в то время как у кишечных и эктопаразитов жизненный цикл простой.

Cryptobia iubilans и цихлиды

Cryptobia iubilans впервые обнаружены у цихлид 20 лет назад. Как правило, эти организмы вовлечены в образование гранулем (реакция тканей) в желудке, но также известны случаи возникновения системных инфекций, поражающих такие органы, как печень, желчный пузырь, почки, яичники, мозг и глаза. На данный момент неизвестен механизм и причины распространения криптобий из кишечника в другие органы. Смертность, связанная с системными формами инфекции может превышать 50% инфицированных особей.

Кишечная форма криптобиоза встречается у восточноафриканских и центральноамериканских циклид, включая Herichththys cyanoguttatus, Cichlasoma meeki, Cichlasoma nigrofasciatum и Cichlasoma octofasciatum.

Изучение заболевания исследователями из Флориды показало кишечную форму инфекции и у некоторых других видов, в частности, Pseudotropheus zebra (Департамент рыбного хозяйства и водных наук, Гейнсвилл, Флорида) и Symphysodon spp. (Лаборатория тропической аквакультуры, Раскин, Флорида).

Один из наиболее примечательных случаев вспышки криптобиоза произошел летом 1995 года в аквариуме Шедда (публичном океанариуме в городе Чикаго, штат Иллинойс). Системная форма инфекции привела к потере 50% коллекции восточноафриканских цихлид, включая Cyphotilapia frontosa, Dimidiochromis compressiceps, и Aulonocara stuartgranti. Вспышка, скорее всего, началась с Aulonocara, приобретенной у оптовика на Среднем Западе. Пока рыба находилась на карантине, инфекция распространилась к Cichlasoma meeki и C. nicaraguense, содержащихся в том же аквариуме. Оттуда она распространилась к C. frontosa и D. compressiceps, содержавшихся в другой емкости, но находившихся в одной и той же воде из-за общей системы фильтрации. Зараженная рыба не питалась один-два дня, становясь все более вялой и отстраняясь от контакта с другими рыбами. Прямо перед смертью рыба двигалась к поверхности воды, а частота дыхания резко возрастала, что означало гипоксию (рыба страдала от недостатка кислорода). Исследование особи на этой стадии болезни выявило тяжелую анемию с показателем гематокрита около 5% (в нормальных условиях он должен быть выше 30%). Смерть обычно наступала в течение 24 часов после развития тяжелой анемии.

Ветеринары в Аквариуме Шедда хотели определить количество особей в коллекции, являющихся переносчиками паразита, и пожертвовали 60 здоровыми рыбами. Они обнаружили Cryptobia iubilans у всех экземпляром, кроме одного (98% распространенность). У этих рыб наблюдался гранулематозный гастрит (реакция тканей в желудке), однако не отмечалось никаких признаков системного заболевания. Подверженными паразитам оказались Haplochromis macula, Cichlasoma nicaraguense, Labeotropheus fuelleborni, Cichlasoma aureus, Pseudotropheus zebra и P. elongatus. В связи с эпизоотией (вспышкой болезни). С 1995 года в Аквариуме Шедда был введен новый карантинный протокол для всех цихлид. Все поступающие цихлиды подвергаются 60-дневному (минимальный срок) обязательному карантину. Некоторые животные проверяются на наличие Cryptobia, при этом любые зараженные особи уничтожаются.

Сравнение инфекций Cryptobia и Spironucleus

Cryptobia и Spironucleus могут привести к схожим заболеваниям у цихлид. Результаты воздействия обоих паразитов усугубляются в условиях повышенной плотности посадки, антисанитарии, высокой органической нагрузки и стресса от внешних воздействий. В развитии заболевания играет роль и режим питания. На лабораторных мышах было установлено, что изменения кишечной бактериальной микрофлоры, вызванные изменениями рациона питания, влияют на наличие кишечных паразитов, что подразумевает больший потенциал для развития клинических заболеваний.

Кишечные инфекции от любого из паразитов могут привести к слабому росту и низкой, но хронической смертности. Spironucleus оказывает более серьезное воздействие на мальков и очень молодую рыбу. Неизвестно, верно ли это для криптобий, но имеются свидетельства в пользу данного предположения. Воздействие Cryptobia и Spironucleus на размножение плохо изучено, однако считается, что рыбы, зараженные Spironucleus, мечут плохую икру и производят слабое потомство.

Постановка диагноза

Spironucleus можно предварительно определить, найдя подвижные трофозоиты в мазках содержимого кишечника или кале. Причисление паразита к какому-либо роду требует использования просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии и, следовательно, не осуществимо с обычных условиях. Cryptobia легче всего идентифицировать с помощью выявления гранулем во влажном препарате тканей желудка (Рисунок 1). Вследствие отсутствия отличий этих гранулем от гранулем, образуемых микобактериями (Mycobacterium), производят окрашивание по Цилю-Нильсену, которое помогает исключить микобактериоз. В большинстве случаев, подвижные формы Cryptobia не будут видны во влажном препарате, исследуемом оптическим микроскопом.

Читайте также:
Колючий мох, мох спайки (spiky moss): описание и фото

Для идентификации этого организма требуется электронная микроскопия.


Рисунок 1. Типичная гранулема во влажном препарате тканей желудка африканской цихлиды с Cryptobia iubilans. Этот участок не окрашен и изучается через оптический микроскоп (100x)

Заражение

Spironucleus и Cryptobia имеют простой жизненный цикл. Инфекционная форма выводится из организма с калом. Считается, что её проглатывание может привести к инфекции. Оба организма, по крайней мере, несколько часов способны жить в воде. Следует как можно быстрее вынимать погибших рыб, так как оба паразита распространяются через поглощение инфицированной ткани.

Лечение

Как правило, Spironucleus хорошо реагирует на метронидазол, принимаемый в виде добавки в корм или в воду. Рекомендуемая доза в корме — 1% ( 10 г активного препарата на кг корма), потребляемая в течение 5 дней. При добавлении в воду пропорция следующая — 6 мг/литр. По истечение 4-8 часов обработки воду следует заменить. Ванны проводят ежедневно в течение 5 дней. Такие лечебные процедуры эффективно применяются для контроля Spironucleus у цихлид на протяжении последних десяти лет.

На сегодняшний день не разработано эффективного лечения от Cryptobia. Частично, трудность состоит в том, что у паразита, по всей видимости, присутствует внутриклеточная стадия. Они иногда отмечаются в фагоцитарных клетках — макрофагах. В свою очередь, мкрофаги являются частью иммунной системы и должны уничтожать инородные белки, поглощая их. Тем не менее, криптобии приспособились жить в этих клетках, не подвергаясь их разрушительному воздействию. Лечебный эффект сводится к минимуму, потому что химическое вещество не проникает через мембрану фагоцитарных клеток. Некоторые фермы во Флориде использовали сульфамидный препарат (сульфадиметоксин), который в некоторых случаях помогал контролировать смертность, но не уничтожал паразита.

Заключение

Cryptobia iubilans не является новым паразитом цихлид, однако за последние несколько лет он привлек большое внимание. По всей видимости, криптобиоз распространен у восточноафриканских цихлид. Он был найден у Pseudotropheus zebra сразу же после транспортировки из озера Малави, что говорит о представленности инфекции среди диких особей. Кроме того, криптобии обнаружены у некоторых южноамериканских цихлид, прежде всего у дискусов. Паразит обычно вызывает гранулематозный гастрит и может быть связан с низким, но хроническим уровнем смертности. Системная форма заболевания проявляется у восточноафриканских и центральноамериканских цихлид. Эта форма связана с большим количеством смертей и потерей 50% зараженных животных. В настоящее время не существует эффективного лечения от Cryptobia. Качество воды, количество рыбы в аквариуме и режим питания могут повлиять на выраженность инфекции.

Справочник аквариумиста

Морская и Пресноводная аквариумистика. Наш Питомник и Аквамагазин всё на одном сайте!

Криптобиоз

  • Домой
  • Болезни рыб
  • Заразные болезни
  • Криптобиоз

БОЛЕЗНИ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ПРОСТЕЙШИМИ (ПРОТОЗОЙНЫЕ БОЛЕЗНИ) Криптобиоз — протозойная болезнь, вызываемая жгутиконосцами, паразитирующими в крови и жаберном аппарате экзотических, промысловых и прудовых рыб.

Возбудитель — одноклеточные паразиты, относящиеся к классу жгутиконосцев, отряду Bodonidea, семейству Bodonidae, роду Cryptobia. Из рода Cryptobia два вида — С. cyprini и С. branchialis — являются паразитами не только свободноживущих и прудовых, но и аквариумных рыб.

Длина живых паразитов 10—30 мкм и ширина 1—15 мкм. Размеры фиксированных паразитов несколько меньше. При помощи волнообразной перепонки, проходящей по одной стороне вдоль всего тела, и двух жгутиков, расположенных на противоположных концах, паразит активно передвигается. Жгутиконосцы паразитируют в крови рыб, поэтому у них нет ротового отверстия и пищеварительных вакуолей. Питаются криптобии осмотически. Паразит имеет два ядра: главное и блефаробласт. В протоплазме расположены светопреломляющие гранулы .

В воде паразит активно плавает и, не найдя рыбу в течение 1—2 дней, погибает.

С. cyprini, паразитируя в крови карповых (карпа, сазана., карася, линя, белого амура) и других пресноводных рыб, в том числе и аквариумных, размножается со сменой хозяев. Основной хозяин — перечисленные выше виды рыб; промежуточный — кровососущие пиявки, в кишечнике которых жгутиконосцы размножаются и при акте сосания переходят в кровеносное русло рыб.

С. branchialis, паразитирующий на жаберных лепестках карпа, серебряного карася, белых и черных амуров, белых и пестрых толстолобиков, а также экзотических рыб, размножается без промежуточного хозяина путем продольного деления.

Читайте также:
Гнатохаракс штайндахнера (gnathocharax steindachneri): описание и фото

Эпизоотология. Из жаберного аппарата аквариумных рыб мы выделяли С. branchialis, а из крови почек — С. cyprini. Названные паразиты встречаются у многих аквариумных рыб, но наиболее восприимчивы к криптобиозу рыб рода Carassius (золотая рыбка, шубункин, вуалехвост, телескоп, львиноголовка и другие их разновидности). Взрослые рыбы болеют реже, являясь носителями криптобий, а у молоди болезнь часто протекает в острой форме, вызывая массовую гибель.

Согласно литературным данным, С. branchialis занесен в наши естественные водоемы и пруды рыбоводных хозяйств в период акклиматизации растительноядных рыб, вывезенных из Китая. Кроме С. cyprini и С. branchialis, в естественных водоемах в крови карасей, сазанов, линей, белого амура паразитирует жгутиконосец С. borelli, а в крови осетровых рыб — стерляди, шипа, осетра — С. acipenseris. В связи с недостаточной изученностью криптобиоза аквариумных рыб не исключена возможность паразитирования у них двух последних видов жгутиконосцев, которых можно занести из естественных водоемов в комнатные водоемы с водой, живым кормом, растительностью и пиявками.

Симптоматика и патогенез. Больные рыбы становятся вялыми, держатся у поверхности воды, жадно заглатывая воздух, отказываются от корма.

При криптобиозе, вызываемом С. cyprini, жабры у рыб анемичные (бледные). На теле иногда образуются мелкие, диаметром 0,3—0,5 см, пузыри, заполненные прозрачным с розовым оттенком экссудатом. При патологоанатомическом вскрытии у больных рыб наблюдают анемичность внутренних, особенно паренхиматозных, органов и тканей, желчный пузырь увеличен.

С. branchialis вызывает ненормально яркое окрашивание жаберных лепестков. Тело рыбы приобретает серый или матовый цвет, что объясняется защитной реакцией организма в виде обильного слизевыделения, затем оно темнеет. На этой стадии болезни рыба погибает.

Диагноз. С целью дифференциальной диагностики криптобиозов, вызываемых разными видами жгутиконосцев, а также учитывая некоторую схожесть патологических изменений в жаберном аппарате при других заболеваниях рыб, особое внимание уделяют клинико-эпизоотологическим данным.

Для выявления С. branchialis приготовленные из жаберных лепестков мазки просматривают под средним и большим увеличением микроскопа.

Криптобиоз, вызываемый С. cyprini, диагностируют путем приготовления мазков из крови рыб. Каплю крови рыб для приготовления препарата берут из почек или ложных жабр (небольших красных телец, расположенных на внутренней стороне жаберной крышки). Переносят ее на предметное стекло, добавляют лимоннокислого натрия (для лучшей видимости мембраны). Препарат покрывают покровным стеклом, предварительно смазав края его вазелином, и исследуют под микроскопом. Характерной особенностью криптобиоза, вызываемого С. cyprini, являемся почти равное количество в крови рыб эритроцитов и жгутиконосцев.

Для приготовления тотальных препаратов высушенный на воздухе мазок крови фиксируют этиловым или метиловым спиртом и окрашивают по Романовскому — Гимза. Главное ядро округло-удлиненной формы окрашивается в светло-сиреневый цвет, парабазальный аппарат — в темно-фиолетовый цвет.

Влажные мазки можно фиксировать в жидкости Шаудина, а красить — железным гематоксилином.

Лечение. Методы лечения криптобиоза, вызываемого С. cyprini, не разработаны. Больных рыб, жаберный аппарат которых поражен жгутиконосцами С. branchialis, лечат в общем аквариуме, применяя сульфат меди, бициллин-5, комбинированный раствор малахитового зеленого и сульфата меди. Для лечения рыб в отдельном сосуде используют формалин.

Профилактика болезни заключается в исключении попадания в аквариумы заразного начала из водоемов, где обитают свободноживущие рыбы, среди которых особую опасность представляют растителыюядные.

Внутри каждого индивидуального хозяйства проводят мероприятия, общие для профилактики многих болезней аквариумных рыб.

Криптобиозы

Криптобиозы

Криптобиозы – это паразитарные заболевания рыб, которые вызываются двумя видами внешне сходных между собой, жгутиконосцев из рода Criptobia. Однако их образ жизни и симптоматика вызываемых ими болезней очень различны, поэтому их следует рассматривать раздельно.

Бранхиопатический криптобиоз

Бранхиопатический криптобиоз вызывается одноклеточным паразитом-жгутиконосцем Criptobia branchialis, который имеет несколько вытянутое в длину тело 14-23 мкм. На закругленном переднем и заостренном заднем концах тела по одному жгутику.

Возбудитель бранхиопатического криптобиоза в нашу страну был завезен из Китая вместе с обыкновенным и пестрым толстолобиками. У этих рыб признаки болезни не проявляются даже при высокой степени зараженности паразитами, поэтому они являются скрытыми паразитоносителями.

Из аквариумных рыб к бранхиопатическому криптобиозу наиболее восприимчива золотая рыбка и все ее разновидности, однако при неблагоприятных условиях существования заболевать могут и многие другие виды аквариумных рыб.

Этот паразит, поселяясь на жабрах рыб, начинает там интенсивно размножаться путем продольного деления. При этом часть дочерних клеток покидает хозяина и уплывает в свободное плавание в поисках новой жертвы. Паразит-жгутиконосец может свободно плавать в воде в течение двух суток, и если за это время он не найдет нового хозяина, то криптобия погибает.

Если молодому паразиту удается отыскать рыбу, то он при помощи заднего жгутика прикрепляется к эпителию жаберных лепестков, после чего разрывает его, этим нарушая дыхательную функцию жабр и одновременно обеспечивая себе питание. Теперь и он готов продолжать размножаться. Поэтому, в благоприятных для паразита условиях, практически всего за несколько дней в аквариуме могут погибнуть все рыбы.

Читайте также:
Кубышка японская (nuphar japonica): описание и фото

У заболевших бранхиопатическим криптобиозом рыб, пораженные жабры приобретают необычную ярко-красную окраску. А на теле рыб в начале болезни появляется много слизи, отчего они выглядят бледнее обычного. При этом рыбы становятся вялыми, отказываются от корма, у них появляются признаки удушья, а незадолго до гибели у заболевшей рыбы тело сильно темнеет.

Для борьбы с бранхиопатическим криптобиозом необходимо сразу отсадить всех рыб в отдельный сосуд для лечения. Здесь их в первый день кратковременно обрабатывают препаратом сульфата меди из расчета 1 г на 10 л воды. Рыб выдерживают в данном растворе 20 мин. На второй день используют формалин (2,5 мл на 10 л воды, экспозиция 30 мин), а на третий – малахитовый зеленый (0,006 г на 10 л воды, экспозиция 5 ч). И только на четвертый день рыб возвращают в общий аквариум, в котором все паразиты погибли от истощения, не найдя себе хозяина.

Профилактика бранхиопатического криптобиоза сводится к предотвращению попадания паразита в аквариум как из зараженного аквариума, так и из природного водоема, в котором водятся карпы, белые амуры и толстолобики. Приобретенных рыб желательно поместить на 30-дневный карантин. За это время их нужно трижды профилактически обработать сульфатом меди в лечебной дозировке с интервалом между обработками 15 дней.

Гемопатический криптобиоз

Гемопатический криптобиоз вызывается одноклеточным паразитом Criptobia cyprini. Внешне он похож на С. branchialis, но тело его несколько толще при длине 10-30 мкм. В природных водоемах чаще всего поражает белого амура, сазана и карпа. В аквариуме встречается у многих рыб, но особенно опасен для золотых рыбок.

В отличие от бранхиопатического криптобиоза возбудитель гемопатического криптобиоза поселяется не на жаберном аппарате, а в кровяном русле рыб. Они распространяется кровососущими пиявками, которые служат для него промежуточным хозяином. Если пиявка напала на больную криптобиозом рыбу, то возбудитель этой болезни с кровью попадает в кишечник пиявки где и начинает бесполым путемусиленно размножаться. Затем паразиты проникают из кишечника пиявки в полость ее хоботка, а уже оттуда через ранку – в кровяное русло другой рыбы.

Жабры у заболевших рыб бледные, а на теле нередко образуются пузыри, заполненные прозрачной розоватой жидкостью. при вскрытии больной рыбы обнаруживается, что ее внутренние органы и ткани бледные и дряблые, а желчный пузырь переполнен кровянистой жидкостью. Кровь больной трыбы всегда плохо свертывается. Лечение зараженной рыбы может оказаться эффективным только в начальной стадии болезни. Поэтому, больным рыбам в корм, например мякиш хлеба, добавляют метиленовый синий из расчета 0.1 г препарата на 100 г корма.

Меры профилактики сводятся к недопущению в аквариум кровососущих пиявок, которые могут случайно попасть с растениями из природного водоема.

Криптобиоз

Криптобиоз или анабиоз – это метаболическое состояние жизни, в которое вступает организм в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды, такие как высыхание , замораживание и недостаток кислорода . В криптобиотическом состоянии все измеримые метаболические процессы останавливаются, предотвращая размножение , развитие и восстановление. Когда условия окружающей среды станут более благоприятными, организм вернется к своему метаболическому состоянию жизни, как это было до криптобиоза.

  • v
  • т
  • е

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Формы
    • 1.1 Ангидробиоз
    • 1.2 Аноксибиоз
    • 1.3 Хемобиоз
    • 1.4 Криобиоз
    • 1.5 Осмобиоз
  • 2 Примеры
  • 3 См. Также
  • 4 ссылки
  • 5 Дальнейшее чтение

Формы [ править ]

Ангидробиоз [ править ]

Ангидробиоз – наиболее изученная форма криптобиоза, возникающая в условиях сильного обезвоживания . Термин ангидробиоз происходит от греческого слова «жизнь без воды» и чаще всего используется для обозначения устойчивости к высыханию, наблюдаемой у некоторых беспозвоночных животных, таких как бделлоидные коловратки , тихоходки , морские креветки , нематоды и по крайней мере одно насекомое, вид хирономид ( Polypedilum vanderplanki ). Однако другие формы жизни проявляют устойчивость к высыханию. К ним относятся воскрешающее растение Craterostigma plantagineum , [1] большинство семян растений и многих микроорганизмы , такие как пекарские дрожжи ,. [2] Исследования показали, что некоторые ангидробиотические организмы могут выживать десятилетиями, даже столетиями в сухом состоянии. [3]

Беспозвоночные, страдающие ангидробиозом, часто сокращаются до меньшей формы, а некоторые продолжают формировать сахар, называемый трегалозой . Устойчивость к высыханию растений связана с производством другого сахара – сахарозы . Считается, что эти сахара защищают организм от высыхания. [4] У некоторых существ, таких как бделлоидные коловратки, трегалоза не была обнаружена, что побудило ученых предложить другие механизмы ангидробиоза, возможно, с участием изначально неупорядоченных белков . [5]

Читайте также:
Лагаросифон курчавый или элодея курчавая (lagorosiphon major): описание и фото

В 2011 году было показано, что нематода Caenorhabditis elegans , которая также является одним из наиболее изученных модельных организмов, претерпевает ангидробиоз на стадии личинки дауэра . [6] Дальнейшие исследования с использованием генетических и биохимических инструментов, доступных для этого организма, показали, что помимо биосинтеза трегалозы, в ангидробиоз на молекулярном уровне участвует ряд других функциональных путей. [7] Это в основном защитные механизмы против активных форм кислорода и ксенобиотиков , экспрессия белков теплового шока и внутренне неупорядоченных белков, а также биосинтез полиненасыщенных жирных кислот.и полиамины . Некоторые из них сохраняются среди ангидробиотических растений и животных, что позволяет предположить, что ангидробиотическая способность может зависеть от набора общих механизмов. Детальное понимание этих механизмов может позволить модифицировать неангидробиотические клетки, ткани, органы или даже организмы, чтобы их можно было сохранять в высушенном состоянии анабиоза в течение длительных периодов времени.

С 2004 года такое применение ангидробиоза применяется к вакцинам . В вакцинах процесс может производить сухую вакцину, которая реактивируется после введения в организм. Теоретически технология сухой вакцины может быть использована для любой вакцины, включая живые вакцины, такие как вакцина против кори. Он также потенциально может быть адаптирован для медленного высвобождения вакцины, что устраняет необходимость в бустерах. Это предлагает устранить потребность в охлаждении вакцин, тем самым сделав сухие вакцины более доступными во всех развивающихся странах, где охлаждение, электричество и надлежащее хранение менее доступны. [8]

На основе аналогичных принципов была разработана лиоконсервация как метод сохранения биологических образцов при температуре окружающей среды. [9] [10] Лиоконсервация – это биомиметическая стратегия, основанная на ангидробиозе для сохранения клеток при температуре окружающей среды. Он был изучен как альтернативный метод криоконсервации . Преимущество этого метода заключается в возможности сохранения биологических образцов при температуре окружающей среды без необходимости охлаждения или использования криогенных температур. [11] [12]

Аноксибиоз [ править ]

В условиях недостатка кислорода (он же аноксия) многие криптобионты (например, M. tardigradum ) впитывают воду и становятся набухшими и неподвижными, но могут выжить в течение продолжительных периодов времени. Некоторые экзотермические позвоночные и некоторые беспозвоночные, такие как раковые креветки , [13] веслоногие рачки , [14] нематоды, [15] и геммулы губок , [16] способны выживать в кажущемся неактивным состоянии в бескислородных условиях от месяцев до десятилетий.

Исследования метаболической активности этих бездействующих организмов во время аноксии в основном не дали результатов. Это связано с тем, что очень трудно измерить очень небольшие степени метаболической активности с достаточной надежностью, чтобы доказать криптобиотическое состояние, а не обычное снижение скорости метаболизма (MRD). Многие эксперты скептически относятся к биологической осуществимости аноксибиоза, поскольку организму удается предотвратить повреждение своих клеточных структур негативной свободной энергией окружающей среды, несмотря на то, что он окружен большим количеством воды и тепловой энергии и не использует собственную свободную энергию. . Однако есть доказательства того, что индуцированный стрессом белок p26 может действовать как белковый шаперон, который не требует энергии у кистозной Artemia franciscana.(морская обезьяна) и, скорее всего, чрезвычайно специализированный и медленный путь полинуклеотида гуанина продолжает обеспечивать свободную метаболическую энергию эмбрионам A. franciscana в условиях аноксии. Кажется, что A. franciscana приближается, но не достигает истинного аноксибиоза. [17]

Хемобиоз [ править ]

Хемобиоз – это криптобиотическая реакция на высокие уровни токсинов в окружающей среде. Наблюдается у тихоходок . [18]

Криобиоз [ править ]

Криобиоз – это форма криптобиоза, возникающая при понижении температуры . Криобиоз возникает, когда вода, окружающая клетки организма, замораживается, прекращение подвижности молекул позволяет организму выдерживать отрицательные температуры до тех пор, пока не вернутся более благоприятные условия. Организмы, способные выдерживать эти условия, обычно имеют молекулы, которые способствуют замораживанию воды в предпочтительных местах, а также препятствуют росту крупных кристаллов льда, которые в противном случае могли бы повредить клетки. [ необходима цитата ] Одним из таких организмов является омар . [19]

Осмобиоз [ править ]

Осмобиоз – наименее изученный из всех видов криптобиоза. Осмобиоз возникает в ответ на повышенную концентрацию растворенных веществ в растворе, в котором живет организм. Мало что известно наверняка, кроме того, что осмобиоз, по-видимому, включает прекращение метаболизма. [18]

Примеры [ править ]

Артемия артемия заИп , которые могут быть найдены в Макгадикгади в Ботсване , [20] выживает более сухой сезон , когда вода из кастрюли испаряется, оставляя практически высушенное озеро кровать.

Медленно передвигающийся или воды медведь, может пройти все пять типов криптобиоз. В криптобиотическом состоянии его метаболизм снижается до менее 0,01% от нормы, а содержание воды может упасть до 1% от нормы. [21] Он может выдерживать экстремальные температуры , радиацию и давление в криптобиотическом состоянии. [22]

Читайте также:
Гуппи эндлера голд (guppy golden endler): описание и фото

Некоторые нематоды и коловратки также могут подвергаться криптобиозу. [23]

Криптобиоз спасёт раненого. Идею подсказала природа

Управление перспективных исследовательских проектов министерства обороны США («ДАРПА» (DARPA)) на протяжении практически всей своей истории в том или ином виде занималось в том числе и медицинскими проектами.

В апреле 2014 года в 56-ю годовщину создания агентства в «ДАРПА» объявили о появлении нового подразделения в своей структуре — отдела биологических технологий, под крышей которого были собраны до этого разрозненно работавшие биологи, инженеры, физики, неврологи и т.д. В 2016 году бюджет нового отдела составлял уже почти 300 миллионов долларов.

Часть проектов «ДАРПА» в области медицины и биологии носила и носит ярко выраженный футуристический характер, как например синтетическая биология, генная модификация солдат, регенерация тканей, создание искусственного глаза с характеристиками зрения животных, программирование микробов, изменение метаболизма человеческого организма, оптимизация ДНК, нейростимулирование, физиологическое и психологическое усовершенствование военнослужащих, магнитное управление клетками и так далее, но часть носит и более «приземленный» прагматичный характер.

Проекты последнего рода могут дать плоды в уже ближайшем будущем и созданные технологии могут быть применены непосредственно в ходе военных конфликтов и на поле боя.

Например, в 2017 году «ДАРПА» запустило программу по пассивному сбору информации о состоянии здоровья и боеготовности военнослужащих. Идея заключается в том, что солдат не просят ничего делать дополнительно, а все данные собираются со смартфонов, гаджетов и прочих технических аппаратов, с которыми вступает в контакт человек. Это может быть и встроенный в телефон шагомер, и анализ тембра голоса во время звонка военнослужащего домой, и анализ того, как человек набирает на клавиатуре текст или номер, как ведет себя в интернете, как пользуется тачскрином. При этом солдаты могут и не знать, что все их действия анализируются, и на основании собранной информации делаются заключения о состоянии их физического и психического здоровья.

В январе 2018 года «ДАРПА» подали заявку в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) на одобрение прибора по очистке крови от патогенов, устойчивых к применению лекарств. Прибор, по сути фильтр крови, прошел доклинические испытания и, по заверениям исследователей, превосходит имеющиеся гражданские аналоги. Фильтр «ДАРПА» способен предотвращать заражение крови и работать по широкому спектру вирусов, токсинов, бактерий, воспалительных цитокинов. В боевых условиях такой портативный фильтр может позволить избежать септического шока и спасти жизни военнослужащих. Разработки шли как минимум с 2013 года. Подразумевается, что через фильтр можно быстро пропустить всю кровь раненного человека.

Другая программа «ДАРПА» по автономной диагностике нацелена на быструю разработку и производство РНК-вакцин и доставку молекул РНК в иммунную систему человека. Программа носит характер фундаментальных исследований. Еще одно направление — это компьютерное прогнозирование мутаций патогенов и разработка на основе прогноза новых вакцин. Третье — создание приборов и технологий, которые в полевых условиях могут позволить быстро взять образцы крови и других жидкостей раненого солдата, проанализировать их, выделить химические составляющие и сохранить образцы в подходящем виде для последующего уже лабораторного анализа.

Кровь — это особенно важная тема для военных, так как потеря крови становится одной из главных причин гибели военнослужащих после ранения. Еще в 2010 году в «ДАРПА» испытывались химические вещества (гемостатические агенты), способствующие свертыванию крови. Предполагалось, что на их основании будет создан материал, который может быть введен в организм для локальной остановки или замедления кровотечения. С 2007 по 2011 год на эти исследования было выделено почти 100 миллионов долларов.

Громкие новости от «ДАРПА» по данной теме пришли в этом году. Агентство объявило о своей программе «Биостаз» (Biostasis). Речь идет об искусственном вызывании криптобиоза — обезвоживания тканей и замедления обмена веществ, что должно замедлить и кровотечение раненого военнослужащего.

Идею подсказала природа, а именно — древесные лягушки и тихоходки. Древесные лягушки, застигнутые морозом, могут «впадать в спячку» на длительное время, замедляя обмен веществ, а затем восстанавливать внутренние процессы при более благоприятных условиях.Тихоходки (tardigrade), «водяные медведи», крошечные беспозвоночные размером в 0,1 — 1,5 мм, могут выживать при экстремальных высоких и низких температурах, при высоком давлении, радиации, в практически безвоздушном пространстве, обходиться длительное время без воды и пищи.

Читайте также:
Ациотис акуминифолия (aciotis acuminifolia): описание и фото

В «ДАРПА» хотят научиться искусственно моделировать переход в «замедленное состояние» и затем возвращение в норму без серьезных последствий для работы и функционирования организма. Агентство хочет начать экспериментировать сначала с антителами, затем с клетками, тканями и органами, с отдельными системами человеческого организма и, наконец, со всем организмом целиком. Проблема — одновременное гармоничное замедление всех процессов в организме.

Тристан Макклур-Бегли (Tristan McClure-Begley), глава программы «Биостаз», говорит: «На молекулярном уровне жизнь представляет собой набор непрерывных биохимических реакций, а определяющей характеристикой этих реакций является то, что они нуждаются в катализаторе. Эти катализаторы поступают в клетки в виде белков и крупных молекулярных машин, которые превращают химическую и кинетическую энергию в биологические процессы. Наша цель состоит в том, чтобы контролировать эти молекулярные машины и изящно замедлить всю систему, избежав неблагоприятных последствий, когда вмешательство будет завершено».

Замедление кровотечения даст больше времени для доставки раненых в оборудованные пункты медпомощи, оттянет начало необратимых процессов в организме, повысит выживаемость солдат.

Программа «Биостаз» рассчитана на пять лет, количество выделенных средств пока не уточняется, а о ее перспективах будут судить по результатам работы после этого срока. Девиз программы — «Замедлить жизнь, чтобы спасти жизнь».

Но не всегда даже в теории и в техно-будущем замедление метаболизма может помочь, если у солдата многочисленные или серьезные ранения. Тогда имеет смысл прибегнуть к другим более очевидным способам остановки кровотечения.

В конце прошлого года военные заговорили о гидрогеле «МеТро» (MeTrо), которым можно быстро закупоривать раны без швов и скоб. Высокоэластичный гель, созданный учеными Гарвардской медицинской школы и исследователями из Университета Сиднея в Австралии, сделан на основе человеческих тканей и белка. Материал уже испытали на крысах и свиньях. После нанесения на рану гель облучается в течение 60 секунд ультрафиолетовыми лучами и застывает, при этом не нарушая естественное движение кожи, не трескаясь и не разрываясь по краям раны, не пропуская воздух. В отличие от другой продукции такого рода, данный гель не является токсичным, не отторгается организмом, органично разлагается и растворяется в организме без последствий, помогает регенерации тканей, он эластичен и в то же время он очень вязкий и крепкий. То есть одновременно сочетает в себе целый ряд искомых качеств. Эластичность геля позволяет применять его на пульсирующих органах (сердце и легких), а разлагающийся со временем фермент позволяет устанавливать время работы геля: от нескольких часов и до месяцев. Гель скорее является хирургическим подспорьем при операциях и заживлении, но в боевых условиях он может оказать неоценимую помощь, быстро останавливая кровотечение.

Еще более простой способ сегодня используют в силовых структурах в Израиле. Во время атак террористов в 2016 году, в ходе которых один из израильских полицейских получил серьезное ножевое ранение в шею, подоспевший медик смог менее чем за минуту остановить сильное кровотечение с помощью бинта нового вида. Бинт, разработанный в Израиле, сделан из растительной целлюлозы, способен впитывать до 2500% своего веса, биологически активен 24-36 часов, растворяется в организме в течение недели. После соприкосновения с кровью бинт также превращается в гелеподобную субстанцию. Как пишет компания-производитель, получается «трехмерная матрица-ловушка для тромбоцитов… которая не влияет на их подвижность и активность… и способствует свертыванию крови». Сегодня этот довольно дорогой бинт ценой в 10 долларов продается в 32 страны, а среди покупателей — вооруженные силы ряда государств.

По данным министерства обороны США, до 84% всех потерь жизни военнослужащих на поле боя могли бы быть предотвращены, если бы вовремя остановили кровотечение. Битва за наиболее эффективный метод остановки кровотечения, несомненно, будет продолжена.

Криптобиоз – Cryptobiosis

Криптобиоз или анабиоз – это метаболическое состояние жизни, в которое вступает организм в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды, такие как высыхание , замораживание и недостаток кислорода . В криптобиотическом состоянии все измеримые метаболические процессы останавливаются, предотвращая размножение , развитие и восстановление. Когда условия окружающей среды станут более благоприятными, организм вернется к своему метаболическому состоянию жизни, как это было до криптобиоза.

  • v
  • т
  • е

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Формы
    • 1.1 Ангидробиоз
    • 1.2 Аноксибиоз
    • 1.3 Хемобиоз
    • 1.4 Криобиоз
    • 1.5 Осмобиоз
  • 2 Примеры
  • 3 См. Также
  • 4 ссылки
  • 5 Дальнейшее чтение

Формы

Ангидробиоз

Ангидробиоз – наиболее изученная форма криптобиоза, возникающая в условиях сильного обезвоживания . Термин ангидробиоз происходит от греческого слова «жизнь без воды» и чаще всего используется для обозначения устойчивости к высыханию, наблюдаемой у некоторых беспозвоночных животных, таких как бделлоидные коловратки , тихоходки , морские креветки , нематоды и, по крайней мере, одно насекомое, вид хирономид ( Polypedilum vanderplanki ). Однако другие формы жизни проявляют устойчивость к высыханию. К ним относятся воскрешающее растение Craterostigma plantagineum , большинство семян растений и многие микроорганизмы, такие как пекарские дрожжи . Исследования показали, что некоторые ангидробиотические организмы могут выживать десятилетиями, даже столетиями в сухом состоянии.

Читайте также:
Анциструс темный (ancistrus cirrhosus): описание и фото

Беспозвоночные, страдающие ангидробиозом, часто сокращаются до меньшей формы, а некоторые продолжают формировать сахар, называемый трегалозой . Устойчивость к высыханию растений связана с производством другого сахара – сахарозы . Считается, что эти сахара защищают организм от высыхания. У некоторых существ, таких как бделлоидные коловратки, трегалоза не была обнаружена, что побудило ученых предложить другие механизмы ангидробиоза, возможно, с участием изначально неупорядоченных белков .

В 2011 году было показано, что нематода Caenorhabditis elegans , которая также является одним из наиболее изученных модельных организмов, претерпевает ангидробиоз на стадии личинки дауэра . Дальнейшие исследования с использованием генетических и биохимических инструментов, доступных для этого организма, показали, что помимо биосинтеза трегалозы, в ангидробиоз на молекулярном уровне участвует ряд других функциональных путей. В основном это защитные механизмы против активных форм кислорода и ксенобиотиков , экспрессия белков теплового шока и внутренне неупорядоченных белков, а также биосинтез полиненасыщенных жирных кислот и полиаминов . Некоторые из них сохраняются среди ангидробиотических растений и животных, что позволяет предположить, что ангидробиотическая способность может зависеть от набора общих механизмов. Детальное понимание этих механизмов может позволить модифицировать неангидробиотические клетки, ткани, органы или даже организмы, чтобы их можно было сохранять в высушенном состоянии анабиоза в течение длительных периодов времени.

С 2004 года такое применение ангидробиоза применяется к вакцинам . В вакцинах процесс может производить сухую вакцину, которая реактивируется после введения в организм. Теоретически технология сухой вакцины может быть использована для любой вакцины, включая живые вакцины, такие как вакцина против кори. Он также потенциально может быть адаптирован для медленного высвобождения вакцины, что устраняет необходимость в бустерах. Это предлагает устранить потребность в охлаждении вакцин, тем самым сделав сухие вакцины более доступными во всех развивающихся странах, где охлаждение, электричество и надлежащее хранение менее доступны.

На основе аналогичных принципов была разработана лиоконсервация как метод сохранения биологических образцов при температуре окружающей среды. Лиоконсервация – это биомиметическая стратегия, основанная на ангидробиозе, для сохранения клеток при температуре окружающей среды. Он был изучен как альтернативный метод криоконсервации . Преимущество этого метода заключается в возможности сохранения биологических образцов при температуре окружающей среды без необходимости охлаждения или использования криогенных температур.

Аноксибиоз

В условиях недостатка кислорода (он же аноксия) многие криптобионты (например, M. tardigradum ) впитывают воду и становятся набухшими и неподвижными, но могут выжить в течение продолжительных периодов времени. Некоторые экзотермические позвоночные и некоторые беспозвоночные, такие как раковые креветки , веслоногие рачки , нематоды и геммулы губок , способны выживать в, казалось бы, неактивном состоянии в бескислородных условиях от месяцев до десятилетий.

Исследования метаболической активности этих бездействующих организмов во время аноксии в основном не дали результатов. Это связано с тем, что очень трудно измерить очень небольшие степени метаболической активности с достаточной надежностью, чтобы доказать криптобиотическое состояние, а не обычное снижение скорости метаболизма (MRD). Многие эксперты скептически относятся к биологической осуществимости аноксибиоза, поскольку организму удается предотвратить повреждение своих клеточных структур негативной свободной энергией окружающей среды, несмотря на то, что он окружен большим количеством воды и тепловой энергии и не использует собственную свободную энергию. . Однако есть доказательства того, что индуцированный стрессом белок p26 может действовать как белковый шаперон, который не требует энергии у зародышей кистозной Artemia franciscana (морская обезьяна), и, скорее всего, чрезвычайно специализированный и медленный путь гуанинового полинуклеотида продолжает обеспечивать метаболическую свободную энергию для в А. franciscana зародыши во бескислородных условиях. Кажется, что A. franciscana приближается, но не достигает истинного аноксибиоза.

Хемобиоз

Хемобиоз – это криптобиотическая реакция на высокие уровни токсинов в окружающей среде. Наблюдается у тихоходок .

Криобиоз

Криобиоз – это форма криптобиоза, возникающая при понижении температуры . Криобиоз возникает, когда вода, окружающая клетки организма, замораживается, прекращение подвижности молекул позволяет организму выдерживать отрицательные температуры до тех пор, пока не вернутся более благоприятные условия. Организмы, способные выдерживать эти условия, обычно имеют молекулы, которые способствуют замораживанию воды в предпочтительных местах, а также препятствуют росту крупных кристаллов льда, которые в противном случае могли бы повредить клетки. Один из таких организмов – омар .

Осмобиоз

Осмобиоз – наименее изученный из всех видов криптобиоза. Осмобиоз возникает в ответ на повышенную концентрацию растворенных веществ в растворе, в котором живет организм. Мало что известно наверняка, кроме того, что осмобиоз, по-видимому, включает прекращение метаболизма.

Читайте также:
Кабомба водная или кабомба обыкновенная (cabomba aquatica): описание и фото

Примеры

Креветка Artemia salina , которую можно найти в сковородах Макгадикгади в Ботсване , выживает в сухой сезон, когда вода из сковородок испаряется, оставляя практически высохшее дно озера.

Медленно передвигающийся или воды медведь, может пройти все пять типов криптобиоз. В криптобиотическом состоянии его метаболизм снижается до менее 0,01% от нормы, а содержание воды может упасть до 1% от нормы. Он может выдерживать экстремальные температуры , радиацию и давление в криптобиотическом состоянии.

Некоторые нематоды и коловратки также могут подвергаться криптобиозу.

Криптобиоз – что это: описание и фото

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

Достижения в области клеточной трансплантологии, генной и тканевой инженерии делают биологический материал различного происхождения важным терапевтическим инструментом в клинической практике. Сохранение жизнеспособности клеток в настоящее время достигается их замораживаем при -80°С или в жидком азоте. Технология криозаморозки является дорогостоящей и имеет значительные ограничения при транспортировке биоматериала. Альтернативой криотехнологии может служить сохранение биологического материала в обезвоженном состоянии при комнатной температуре. Существует ряд организмов, способных выживать при полной потере воды. Знание механизмов, лежащих в основе толерантности к обезвоживанию, позволит разработать технологии хранения молекул, клеток и органов млекопитающих в обезвоженном состоянии для их дальнейшего использования в медицине, фармакологии и биотехнологии.

Сохранение живых клеток, тканей и органов в течение длительного времени является необходимым для их клинического использования. Технологии криозаморозки, которые широко используются в настоящее время, имеют ряд недостатков и ограничений, в связи с чем возникла необходимость разработки более эффективных методов сохранения биоматериала – биомолекул, клеток, тканей и органов – на протяжении длительного времени.

В зависимости от типа клеток (прокариотические/эукариотические, ядерные/безъядерные) для поддержания жизнеспособности культур используют различные методы: от периодического пересева на свежую среду до лиофилизации и криозаморозки [1] . Каждый метод имеет ряд недостатков, главными из которых являются: 1) потребность в дорогостоящем оборудовании для поддержания низкой температуры, особенно при транспортировке; 2) повреждение биоматериала при замораживании-оттаивании; 3) трудоемкость; 4) угроза контаминации. Альтернативой существующим методам может служить хранение биологического материала в обезвоженном виде при комнатной температуре.

Использование сахаров при консервации биоматериалов

Первые попытки разработать технологию высушивания биоматериала были связаны с использованием трегалозы и других сахаров для сохранения жизнеспособности клеток. Были получены некоторые многообещающие результаты. Так, лиофильновысушенные в присутствии трегалозы мышиные сперматозоиды были успешно использованы для искусственного оплодотворения и получения жизнеспособного потомства [2] . Использование трегалозы стабилизировало ДНК в соматических клетках овцы при их высушивании: при переносе генетического материала из клеток, хранившихся 3 года при комнатной температуре, в безъядерные ооциты формировались нормальные бластоциты [3] . Однако в обоих случаях клетки, используемые в качестве доноров генетического материала, были нежизнеспособными. С другой стороны, лиофилизированные в присутствии трегалозы безъядерные клетки (эритроциты и тромбоциты) восстанавливали метаболическую активность после регидратации [4, 5] . Другие исследователи получили противоречивые данные об отсутствии эффекта добавления трегалозы на степень выживаемости клеток мышей при их лиофилизации [6] . Внутриклеточная трегалоза увеличивала осмотолерантность, но не толерантность к высушиванию [7] . Были получены данные, что для увеличения степени жизнеспособности клеток необходимо присутствие трегалозы на обеих сторонах клеточной мембраны [8–10] . Поскольку клетки млекопитающих непроницаемы для трегалозы, разработано несколько подходов для эффективного введения сахара внутрь клеток, включая трансфекцию [11] , экспрессию транспортеров [12] , введение пор [8] , активацию нативных транспортных каналов [10, 13] , микроинъекции [14] , эндоцитоз [15, 16] . Отметим, что использование трегалозы в большинстве работ являлось попыткой оптимизации процедуры лиофилизации (что подразумевает заморозку образца и последующее высушивание в вакууме), а не создания новой технологии консервации. Последнее подразумевает временную приостановку метаболизма и иммобилизацию структур клеток. При этом при регидратации свойства и функции биомолекул в клетках должны быть полностью восстановлены.

Криптобиоз

Периоды отсутствия активности и подавления метаболизма является широко распространенным явлением как у растений, так и у животных. Состояние организма, при котором метаболизм практически не регистрируется – криптобиоз – связан с физическим состоянием воды в клетке. Различают ангидробиоз – полную потерю воды (остаток воды в организме менее 5%), осмобиоз – торможение метаболизма, вызванное осмотическим стрессом и криобиоз – замерзание. Исключение составляет аноксибиоз – замедление метаболизма а результате отсутствия воздуха, которое происходит в условиях нормального состояния воды в клетке. Появление и эволюция криптобиоза происходила независимо несколько раз внутри царства бактерий и одноклеточных, а также многоклеточных растений (мхи, лишайники, печеночники, высшие растения) и животных (нематоды, коловратки, тихоходки, ракообразные и насекомые) [17–19] .

Читайте также:
Азиатская стеклянная креветка (macrobrachium lanchesteri)

Хорошо изученной формой криптобиоза является ангидробиоз – ответ на потерю воды в клетках. Способность к индукции ангидробиоза присуща организмам разного уровня сложности: споры бактерий и грибов, семена и вегетативные органы некоторых растений (плаунки), яйца турбеллярий, нематоды, коловратки, тихоходки, ногохвостки, цисты примитивных ракообразных, включая артемий, личинки хирономиды [20] . Некоторые организмы индуцируют криптобиоз на определенной стадии эмбрионального или постэмбрионального развития (эпифии и покоящиеся яйца некоторых ракообразных), другие на любом этапе жизненного цикла (тихоходки, коловкатки), третьи – на определенной стадии развития (личинки хирономиды). Общим свойством этих организмов является их малый размер (менее 1 мм), особенно в состоянии криптобиоза. Самым крупным криптобиотическим насекомым, культивируемым в лабораторных условиях, является личинка хирономиды Polipedilum vanderplanki – ее размеры достигают 7–8 мм в длину.

Разработка метода культивирования хирономид в лабораторных условиях позволила установить основные закономерности ангидробиоза на клеточном и молекулярном уровнях [22]. Изучение всех механизмов, лежащих в основе криптобиоза у животных, является ключевым фактором разработки эффективной технологии презервации чувствительных к обезвоживанию клеток. Рассмотрим основные компоненты роль которых в индукции и поддержании криптобиоза, установлена.

Механизмы криптобиоза

Большинство организмов, способных к ангидробиозу, накапливают большое количество трегалозы во время дегидратации – около 10–20% сухой массы тела [20–23] . Трегалоза замещает связанную и свободную воду в клетках, способствуя «застекловыванию» и поддержанию структуры клеточных мембран и белков. Важным свойством трегалозы является высокая растворимость, низкая реакционная способность и низкая тенденция к кристаллизации. Среди сахаров и высокомолекулярных спиртов трегалоза может обеспечить эффективную защиту при обезвоживании из-за способности замещать воду и формировать стеклоподобную структуру. Таким образом, сахар заполняет пространство в клетке и позволяет упаковать клеточные компоненты, предотвращая их повреждение и агрегацию биологических молекул. Считается, что трегалоза стабилизирует биологические мембраны и липосомы. Мембраны, высушенные в присутствии трегалозы в концентрации, присущей животным-ангидробионтам, не подвергались морфологическим повреждениям, включая слияние везикул во время высыхания [20] . Таким образом, трегалоза является самой эффективной молекулой для сохранения мембран при высушивании, поскольку действует как протектант при более низких концентрациях, чем другие дисахариды. Трегалоза также стабилизирует лабильные белки во время дегидратации [24] . При этом трегалоза взаимодействует с сухими белками, посредством образования водородных связей между гидроксильной группой сахара и полярным остатком белка. Кроме того, трегалоза может эффективно ингибировать окисление белков и ненасыщенных жирных кислот в состоянии обезвоживания [25] . Таким образом, трегалоза может выполнять протекторную роль в стабилизации белков и мембран и поддержании долговременного ангидробиоза в клетках.

Белки теплового шока (HSP) действуют как молекулярные шапероны в регуляции клеточного гомеостаза и формировании устойчивости к стрессам. Известно, что HSP-белки аккумулируются в клетках семян растений в ответ на высыхание [26] . Показано, что в личинках P. vanderplanki шапероны hsp90, hsp70, hsc70, hsp60, а также малые HSP (hsp20 и hsp23) экспрессируются во время инициации ангидробиоза и выхода из него [27] . Индукция экспрессии hsp26 в цистах артемий и hsp70 у тихоходок обнаружена во время высыхания [28, 29] . Также имеются данные об отсутствии или уменьшении экспрессии HSP во время высыхания [30] . Возможно синергическое действие HSP и других макромолекул для обеспечения успешного ангидробиоза и, кроме того, экспрессия HSP может быть видоспецифична.

Длительное время считалось, что Lea-белки (Late embryogenesis abundant) характерны только для растений. Они продуцируются в большом количестве (до 4% общего белка) во время развития семян, участвуют в приобретении устойчивости к обезвоживанию в семенах, пыльце и у плаунковых, толерантности к другим видам стрессов [31] . В 2002 г. белок, относящийся к семейству Lea, был обнаружен у нематоды [32] , позже появились доказательства присутствия этих белков у других видов животных [33] . Считается, что Lea-белки действуют как молекулярные шапероны: их суперскрученная структура формирует спирали и филаменты, ассоциированные с цитоскелетом, усиливая механическую силу клеток [34] . Показано, что эти белки предотвращают необратимую агрегацию других белков при обезвоживании in vitro, действуя как молекулярный щит [35] . В личинках P. vanderplanki многие Lea-белки экспрессируются во время индукции криптобиоза: транскрипты, соответствующие Lea-белкам составляют 12% общих генов, экспрессирующихся после 12 ч обезвоживания [36] . Показано, что Lea-белки формируют стекловидное вещество, стабилизируя трегалозный стекловидный матрикс. Потенциальные Lea-белки обнаружены также у криптобиотических тихоходок [37] .

Во время обезвоживания продуцируется большое количество активных форм кислорода, которые служат источником окислительного стресса. Анализ EST баз данных показал, что во время криптобиоза P. vanderplanki экспрессируется большое количество генов, связанных с окислительным стрессом [38] . В частности, идентифицированы каталаза, глутатион пероксидаза и несколько супероксиддисмутаз, экспрессия которых усиливалась во время обезвоживания [36, 38] . Вероятно, это происходит вследствие увеличения концентрации АФК при обезвоживании. Накопление антиоксидантов, активность которых сохраняется в обезвоженной личинке, может быть одним из ключевых факторов, обеспечивающим выживание организмов при высыхании. Это согласуется с данными, полученными при исследовании цианобактерий, нематод, семян и клеток растений, способных к криптобиозу [39, 40] . Продукция антиоксидантов играет ведущую роль в минимизации окислительных повреждений биомолекул для успешного протекания криптобиоза.

Читайте также:
Кардамин или сердечник японский или сердечник лировидный (cardamine lyrata): описание и фото

Стресс, который испытывают клетки при обезвоживании, служит причиной повреждений ДНК, которые элиминируются после регидратации [38] . Было продемонстрировано, что ряд генов, в частности rad23 и rad51, отвечающих за репарацию ДНК, экспрессируются при переходе в состояние криптобиоза и при регидратации. Механизм репарации неясен. Считают, что происходит восстановление фрагментированной ДНК системой репарации клеток, либо поврежденные клетки элиминируются по пути апоптоза, позволяя интактным клеткам пролиферировать. Теория наличия высокоактивной системы репарации у животных ангидробионтов высказывалась несколькими исследователями [20, 41, 42] . Обычно репарация ДНК происходит менее чем за 24 ч, либо индуцируется процесс апоптоза или некроза [43] . У личинок хирономиды полная репарация ДНК занимает более 48 ч, при этом не происходит индукции апоптоза. Механизм репрессии апоптоза у личинок не известен. Возможно регуляция апоптоза и индукция репарации ДНК после регидратации являются важными факторами криптобиоза.

Перспективы

Установленные механизмы криптобиоза позволят разработать эффективную методику сохранения клеток и тканей млекопитающих. Большинство работ в этой области связаны с использованием трегалозы в качестве биопротектанта. Становится очевидным, что одной трегалозы не достаточно для сохранения жизнеспособности биоматериала при высушивании. Показано, что использование трегалозы совместно с галлатом эпигаллокатехина – полифенолом, выделенным из зеленого чая, обладающим антиоксидантным действием, значительно увеличивало жизнеспособность клеток крови человека при их лиофилизации. Авторы предположили, что это связано со способностью антиоксиданта стабилизировать мембраны при лиофилизации и его синергическим действием с трегалозой [44] . Добавление в среду трегалозы совместно с каталазой оказывало положительное действие на жизнеспособность, восстановление клеток костного мозга мыши после заморозки. Их действие благоприятно сказывалось на миграции и прикреплении клеток крови человека [45] . Авторы объясняют этот эффект предотвращением клеточной гибели в результате индукции апоптоза. Добавление трегалозы и каталазы в среду для криозаморозки клеток крови человека приводило к увеличению сохранности клеток и способствовало их миграции и адгезии [46] . Экспрессия стрессового белка р26 из артемии увеличивала выживаемость эмбриональных клеток почек человека после высушивания и последующией регидратации в присутсвии трегалозы [47] . Пептид, полученный на основе последовательности Lea-белка из хирономиды P. vanderplanki, способствовал предотвращению агрегации лизосом вследствие потери воды. Более того, пептид оказывал подобное действие при высушивании белка α-казеина [48] .

Показано, что клетки жирового тела хирономиды P. vanderplanki выживают при полном высыхании даже при удалении центральной нервной системы, указывая на то, что каждая клетка автономно контролирует запуск программы ангидробиоза [49] . Это позволит получить культуры клеток ангидробиотического насекомого, что может обеспечить успех при разработке технологии сохранения клеток в высушенном состоянии. Так, японские ученые впервые получили клеточные линии из ангидробиотического насекомого P. vanderplanki. Клетки сохраняли жизнеспособность при почти полном высыхании, хотя и с низкой частотой, и были неспособны пролиферировать после регидратации [50] . Таким образом, данные свидетельствуют о том, что перспективным путем повышения устойчивости клеток высших эукариот к обезвоживанию будет комплексное внедрение в них трегалозы, LEA-белков и антиоксидантов, имитируя естественные процессы, происходящие в криптобиотической хирономиде.

Заключение

Изучение организмов, способных к индукции ангидробиоза, позволило установить основные механизмы, обеспечивающие их выживание при обезвоживании. Эти исследования открывают значительные перспективы в биотехнологии и способствуют становлению нового направления – криптобиотической инженерии, связанной с развитием методов сохранения биологического материала, который является чувствительным к обезвоживанию. Важной биотехнологической задачей является подбор сред, включающих все необходимые компоненты для поддержания криптобиоза. Кроме того, необходимым условием является разработка оптимального метода высушивания, который не приводит к повреждению клеточных мембран, белков и нуклеиновых кислот. Исследования в этой области приведут к развитию технологий безводного хранения клеток, тканей и органов млекопитающих при комнатной температуре, и будут инновационным прорывом в области клеточной инженерии, трансплантации тканей и органов.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: