CC BY
548
УДК 619:576.895
ВЗАИМООТНОШЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПАРАЗИТ - ХОЗЯИН: БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АДАПТАЦИИ
(РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ ОБЗОР)
Т.А. МАЛЮТИНА кандидат биологических наук
Центр паразитологии Института проблем экологии и эволюции
им. А.Н. Северцова
Представлен анализ литературы по исследованию феномена паразитизма - разнообразию приспособительных взаимоотношений между паразитом и хозяином. Рассмотрено изменение путей белкового обмена на стадиях жизненного цикла паразитов. Процесс изменения белкового состава в течение жизненного цикла паразита рассматривается как высшая степень адаптации к меняющимся условиям жизни. Рассмотрены фармакологические свойства холинорецепторов мускулатуры круглых и плоских гельминтов и мускулатуры различных органов хозяина, где локализуются паразиты. Способность соматической мускулатуры нематод и мышц кишки хозяина сокращаться на воздействие ацетилхолина и его агонистов и противоположный характер реакции на эти вещества мускулатуры плоских червей (расслабление) и мышц кишки и желчных протоков хозяина (сокращение) рассматривается как форма физиологической адаптации нервной системы гельминтов, закрепленная в ходе эволюции.
Паразитизм является одним из интереснейших биологических явлений на Земле. Изучение этого явления было начато около 150 лет тому назад. Отмечая «удивительное разнообразие проявления этой формы биологического сожительства», Скрябин и Шульц писали: «Ведь только за исключением лишь иглокожих и обо-лочниковых (Echinodermata и Титова) все другие типы животного царства имеют своих представителей, ведущих паразитарный образ жизни, причем некоторые классы и даже типы животных целиком, без единого
исключения, состоят из паразитических форм: 8рогоюа, Св8^а, Тгета-^а, Acanthocephala» (24).
По мнению ряда авторов, «паразитизм не есть явление вредное «вообще», его нельзя изгнать из биосферы, ибо оно необходимо в природных сообществах, но нельзя и не управлять им в антропоценозах» (18).
По мере накопления знаний в этой области исследователями было сформулировано более 30 различных определений понятия «паразитизм». Однако, в связи с многогранностью, емкостью, разнообразием объектов,
включенных в это понятие, и одновременно недостаточной его изученностью, до сих пор нет четко сформулированного понятия сущности паразитизма, которое было бы признано специалистами, занимающимися вопросами общей паразитологии. По этой причине некоторые исследователи пришли к пессимистическому заключению, что современный уровень знаний недостаточен для четкой характеристики понятия паразитизма (25, 36). Однако, это не помешало многим авторам в своих научных трудах рассматривать и обсуждать различные аспекты паразитизма как природного явления, включая такие вопросы, как возникновение и эволюция паразитизма, молекулярные аспекты взаимоотношений паразитов и их хозяев, изменение путей обмена на разных стадиях развития, сформированное в ходе эволюции, и др.
Шульц и Гвоздев (18) представили свою трактовку явления паразитизма, опираясь на анализ прежних знаний и уровень развития науки в области паразитологии начала 70-х годов ХХ столетия. Они пришли к заключению, что «паразитизм есть такая форма симбиоза двух разноименных организмов, при котором один (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания (постоянной или временной) и источника питания и получения некоторых жизненно важных субстанций. Паразиты распознаются хозяином как нечто чужеродное и действуют на него своими секретами, экскретами и соматическими субстанциями как антигены, вызывая патологические и иммунологические реакции. Следо-
вательно, паразитизм характеризуется антагонистическими взаимоотношениями партнеров различной степени остроты» (33). В конце 80-х годов ХХ столетия было предложено другое краткое понятие паразитизма, отражающее внешние черты этого феномена: паразитизм - способ жизни патогенных видов и популяций, обитающих в (на) организмах других видов (хозяев) и питающихся за их счет (4).
Анализируя имеющиеся многочисленные формулировки понятия паразитизма, можно попытаться выделить некоторые общие черты этого сложного биологического явления и сформулировать совокупность ряда существенных признаков, его характеризующих. Несомненно, этот перечень будет расширяться и уточняться по мере накопления новых знаний в области паразитологической науки.
Итак, паразитизм - это явление, наблюдаемое в живой природе и характеризующееся следующими общими признаками:
- наличием подвижной равновесной системы, состоящей из двух, относящихся к разным видам, биологических компонентов (партнеров), одним из которых является паразитический организм, обладающий патогенностью, а другим - организм хозяина;
- своеобразным типом питания паразитического организма (исключительно за счет хозяина) и традиционным типом питания хозяина;
- наличием сформированных в ходе эволюции приспособительных взаимоотношений между паразитическим организмом и хозяином, которые представляют собой многоступенчатые уровни всевозможных
адаптаций паразита и хозяина, включающие морфологические перестройки в структуре тела и генетический полиморфизм на клеточном уровне паразитического организма, биохимические и физиологические механизмы приспособительных реакций паразитов к условиям жизни на уровне целого организма и на клеточном уровне, а также защитные реакции хозяина (иммунитет);
- возможностью перехода адаптивных взаимодействий между паразитическим организмом и его хозяином в ряде случаев или при определенных условиях в антагонистические отношения.
Нами проанализированы публикации 70-90-х годов ХХ столетия, а также более ранние работы, главным образом, отечественных авторов, в которых содержатся результаты исследований приспособительных взаимоотношений между паразитическим организмом и хозяином на биохимическом и физиологическом уровнях адаптации.
Основатель гельминтологической науки в России академик Скрябин еще в 1946 г. отмечал, что важнейшим направлением в развитии сравнительной и эволюционной биохимии и физиологии, а также в решении практических задач лекарственной терапии па-разитозов и гельминтозов в частности является глубокое, всестороннее изучение обмена веществ у паразитических червей. Он писал: «...без детализированных знаний биохимических особенностей того или иного гельминта, без понимания протекающих у паразитов физиологических процессов, наука не подберет ключа к разгадке
кардинального вопроса практики о механизме действия антгельминтиче-ских препаратов и к отысканию новых лекарственных веществ, обладающих специфической дегельминтационной эффективностью» (23).
Все дальнейшие многолетние исследования различных сторон обмена веществ у паразитических организмов, в частности, у паразитических червей на молекулярном, тканевом, ор-ганизменном и других уровнях явились ничем иным, как накоплением и анализом экспериментальных данных для выяснения молекулярных, морфологических, биохимических и физиологических механизмов адаптации паразитических организмов к условиям среды обитания. Под адаптацией, как известно, понимают способность живых организмов приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды с одновременным повышением вероятности выживания и самовоспроизводства, через включение сначала на клеточном, а затем и тканевом уровнях биохимических механизмов, перестраивающих метаболизм путем количественных и качественных преобразований (39).
Молекулярные механизмы, обеспечивающие выживание паразита в организме хозяина (молекулярные аспекты взаимоотношений паразита и хозяина). Известно, что паразитический организм фактически при любой его локализации взаимодействует с организмом хозяина через покровные ткани - кутикулу или тегу-мент. В процессе эволюционных преобразований покровные ткани паразитов приобрели надежный набор молекулярных механизмов защиты и агрес-
сии ради единственной цели - выживания и процветания в организме хозяина. Строение поверхностного молекулярного слоя паразитических организмов в значительной степени определяется условиями среды, в которых они обитают, и взаимодействием с защитными системами, включаемыми хозяином в ответ на инвазию. К молекулярным механизмам защиты у паразитических организмов можно отнести:
- так называемую молекулярную мимикрию, обнаруженную у некоторых нематод и трематод, и заключающуюся в способности этих паразитических червей избирательно поглощать белки и гликопротеиды из организма хозяина и встраивать их в свой поверхностный слой, как бы маскируясь под хозяина (25, 40). Феномен связывания тканевыми паразитами на своей поверхности антигенов хозяина для смягчения иммунного ответа хозяина имеет наибольшее значение для паразитов крови (18);
- способность к частому отторжению поверхностного слоя кутикулы, обнаруженную у некоторых видов цес-тод, и приводящую к тому, что белки, гликопротеиды, ферменты, которые синтезируются в клетках, выстилающих внутреннюю поверхность кутикулы, переносятся в наружный слой те-гумента, что в свою очередь, приводит к непрерывному изменению строения и ферментативной активности поверхности тегумента (43);
- наличие биохимической системы защиты у кишечных паразитов от протеолитических ферментов кишечника хозяина (31);
- способность тканевых паразитов (взрослых и личиночных форм) угне-
тать хемотаксис лейкоцитов, без которого была бы невозможна фагоцитарная защитная реакция хозяина. Так, экспериментально установлено, что вещества, выделяемые паразитическими организмами и способные угнетать хемотаксис лейкоцитов хозяина, имеют небелковую природу, термостабильны, диализуются, не относятся к группе летучих жирных кислот и по химическому строению, скорее всего, идентичны низкомолекулярным соединениям. Способность личинок гельминтов угнетать хемотаксис лейкоцитов рассматривается в литературе как факт эволюционной адаптации к тканевому паразитизму (18);
- способность личинок гельминтов индуцировать за счет выделения особых биологически активных веществ у хозяина специфическую реакцию образования капсулы. Эта способность у личинок паразитов развивалась в процессе эволюции. Считается, что капсула представляет собой измененную реакцию соединительной ткани хозяина. Капсула, сформированная хозяином под влиянием тканевого паразита, функционирует как биологический барьер с избирательной проницаемостью. Капсула физиологически чрезвычайно активна, она не пропускает антитела из крови хозяина к паразиту, через нее идет интенсивный транспорт питательных веществ к паразиту с участием ферментов и затратой энергии (15, 18). К средствам агрессии у паразитических организмов относят разнообразные системы, имеющие молекулярные механизмы внедрения в организм хозяина и преодоления биологических барьеров, к которым
относят кожные покровы хозяина, слизистые оболочки, стенки сосудов, биологические мембраны и другие.
Формирование молекулярных механизмов защиты и агрессии у паразитических организмов в процессе эволюции, обеспечивающее их выживание в организме хозяина, свидетельствует о сложности взаимоотношений на молекулярном уровне в системе паразитический организм - хозяин и неизбежности формирования разнообразных видов взаимных адаптаций ради сохранения жизни обоих компонентов этой биологической системы.
Биохимические аспекты адап-таций паразитических организмов к условиям среды обитания. Обитание паразитического организма в организме хозяина сопровождается сложнейшей адаптацией обменных процессов к специализированному способу его питания в организме хозяина. Биохимическая адаптация формируется в случае необходимости реализации приспособительных механизмов на клеточном уровне и приводит к изменению активности существующих внутриклеточных ферментов и возникновению новых ферментных систем у живого организма. Иначе говоря, биохимическая адаптация отражает изменение ферментативных и гормональных процессов, лежащих в основе приспособительных реакций организма (32). Существует общепринятое мнение о том, что адаптация организма является прежде всего адаптацией его ферментных систем (38).
Адаптация к специфическому образу жизни проявляется на всех последовательных стадиях цикла
развития паразитического организма по мере раскрытия всей совокупности генетической информации, хранимой в геноме паразита. Обращает особое внимание высокая специализация паразитических организмов, выражающаяся в способности с большой скоростью перестраивать свои пути обмена и свои средства агрессии и защиты в результате приспособления к нескольким хозяевам и борьбой или формированием компромиссных отношений с ними (25).
Жизнедеятельность любого живого организма представляет собой непрерывный процесс обмена веществ и энергии, и в этом отношении паразитические черви не представляют собой исключения. Интенсивность процессов обмена у гельминтов достаточно высокая, и это требует постоянного поступления больших количеств питательных веществ.
Ведущая роль в факторе питания, без сомнения, принадлежит белкам. Животные, в том числе и паразитические организмы, могут существовать только при условии потребления пищи в виде сложных органических соединений. Эта группа животных организмов называется гете-ротрофами. Неоспорим тот факт, что белок относится к основным и незаменимым компонентам пищи всех гетеротрофных организмов, в связи с этим роль белка в адаптации паразитического организма к условиям среды обитания в хозяине становится первостепенной. Показателем пищевой ценности белка, как известно, является его биологическая ценность, т.е. сбалансированность аминокислотного состава, а также скорость и
полнота гидролиза белков протеоли-тическими ферментами (20). В связи с этим, большой интерес представляет изучение роли белка и аминокислот, особенностей их обмена и значения в последовательных стадиях развития паразитических организмов.
Питание является одним из необходимых условий существования живого организма, и в том числе, паразитического. В связи с этим немаловажным является вопрос, каким путем или путями пища поставляется в паразитический организм? Известно, что на всех уровнях организации животных - от простейших до млекопитающих встречаются все три основных типа пищеварения: внеклеточное, внутриклеточное и мембранное. В результате анализа особенностей пищеварения у кишечного паразита - аскариды (круглые черви) установлено большое сходство структуры щеточной каймы кишечника нематоды и тонкой кишки высших животных и сходство ферментного спектра тонкой кишки хозяина и средней кишки паразита (18). Круглые черви утратили способность к полостному пищеварению и сохранили собственное мембранное пищеварение и механизмы активного транспорта. При исследовании процессов пищеварения у другого класса паразитических червей - цестод (ленточные черви), у которых пищеварительная система полностью отсутствует, было установлено, что на внешних покровах их тела происходит фиксация ферментов хозяина, осуществляющих гидролиз углеводов и белков (2, 8). Таким образом, и пища, и различные физиологически
активные вещества, необходимые для жизнедеятельности цестод, могут заимствоваться ими у хозяина.
Белки входят в состав значительной части органов и тканей живых организмов, в том числе и паразитических. С ними связаны основные проявления жизни, включая обмен веществ, сократимость мышечной ткани, рост, способность к воспроизводству. Для гельминтов характерна высокая плодовитость. Установлено, например, что самка нематоды Ascaris lumbricoides откладывает в среднем в сутки 200 000 яиц, что требует интенсивного биосинтеза белка в организме и, соответственно, наличия запасов аминокислот (25, 32, 34). Выявлены некоторые различия отдельных белков гельминтов от белков их хозяев. Например, белок кутикулы аскариды по своей химической структуре не является ни коллагеном, ни кератином (25). Основным, а, возможно, и единственным источником образования белков в организме являются аминокислоты белковой пищи. В литературе представлены многочисленные данные об аминокислотном составе белков у представителей всех классов паразитических червей (34).
Синтез белков у паразитических организмов интенсивно осуществляется по общей схеме, характерной для эукариот, а интенсивность биосинтеза у паразитов, в том числе, паразитических червей, определяется скоростью их роста и размножения. Этот процесс требует наличия, как запасов аминокислот, так и систем обеспечения биосинтеза строительным материалом. Паразитические ор-
ганизмы используют, главным образом, те аминокислоты, которые им достаются от хозяина. В зависимости от специфических потребностей и цикла развития паразита скорости аминокислотного обмена могут быть значительно увеличены (например, при формировании яиц и яйцекладке), либо снижены, либо полностью выключены. Важно указать на выявленную закономерность, которая заключается в том, что какими бы разнообразными не были способы поглощения белка или свободных аминокислот из среды обитания у тканевых и кишечных паразитов (через пищевой аппарат и, частично, кутикулу, например, как у нематод или через тегумент, как у ленточных червей) белковый обмен паразитических организмов тонко приспособлен к белковому обмену хозяина и аминокислотный состав тканей паразитов, в частности, паразитических червей, напрямую зависит от места обитания паразита в хозяине. В процессе адаптации паразитических организмов к среде обитания у них формируется потребность в белках определенной структуры и биологической ценности. Нематоды и цестоды поглощают белки, предварительно подвергнутые денатурации; при этом на процесс поглощения белков паразитами оказывает влияние интенсивность и особенность обмена их хозяев (32).
Обязательными участниками основных путей обмена у животных и растений являются ферменты, имеющие белковую природу и разнообразные биохимические и физические характеристики. У паразитов выявлена удивительная закономер-
ность, которую можно рассматривать как форму биохимической адаптации к паразитическому образу жизни, и которая заключается в строгой приуроченности оптимума температуры для активности ферментов паразитов к температуре тела хозяина. Так, у ферментов паразитов холоднокровных животных оптимумы температур ниже, чем для тех же ферментов у паразитов, обитающих у теплокровных животных (25). Изменение путей обмена на последовательных стадиях жизненного цикла является характерной особенностью всех или большинства паразитических организмов с более или менее сложными циклами развития. Особый интерес представляет процесс смены белкового состава в течение жизненного цикла паразита, которые можно рассматривать как высшую степень пластичности и адаптации к меняющимся условиям жизни развивающегося паразитического организма в ходе реализации им последовательных стадий развития от яйца до половозрелого организма, сопровождающейся сменой хозяина, а в случае сложных циклов развития - и нескольких хозяев. Половозрелая форма паразитического организма представляется упрощенной и деградированной по сравнению с дефинитивным хозяином. Тем не менее, взрослый паразит - это результат реализации потенциальных возможностей паразитического организма при прохождении последовательных стадий, как правило, сложного жизненного цикла, что свидетельствует о высоком уровне биохимической адаптации (25). И весь этот сложный путь развития паразит
проходит ради сохранения жизни в специфических условиях и выполнения своей основной биологической функции - размножения и сохранения себя как биологического вида.
Таким образом, установлено, что интенсивность обмена белков резко меняется в течение жизненного цикла паразитических организмов от фактически полного торможения на одних стадиях развития до резкого усиления обмена на других стадиях (например, в период интенсивного размножения). Очень важно при этом отметить, что изменение обмена белков у паразитических организмов (в частности, гельминтов) в ходе реализации последовательных стадий их развития носит адаптивный характер, направленный на единственную цель -сохранить себя в меняющихся условиях окружающей среды, размножиться и не потерять кормильца, т.е. дефинитивного хозяина. Можно привести множество примеров, показывающих, что у паразитических организмов другие виды обмена - углеводного, обеспечивающего биоэнергетику паразитов, и липидного - также хорошо адаптированы к меняющимся условиям жизни паразита при прохождении им жизненного цикла.
Физиологические аспекты адаптаций паразитических организмов к условиям среды обитания.
Скрябин придавал большое значение изучению биохимии и физиологии гельминтов. Он писал, что «гельминтология включает в орбиту своих изысканий изучение биохимии и физиологии гельминтов. Не говоря уже о том, какой огромный научный интерес представляет собой такая дисциплина,
как сравнительная физиология, анализирующая функциональные проявления животных в аспекте их физиологической эволюции, изучение этих наук имеет огромное значение для прикладной гельминтологии» (23).
Интерес представляет изучение особенностей нейрохимических основ жизнедеятельности паразитов различных таксонов, включая исследование фармакологических свойств нервной и мышечной тканей паразитических червей; выявление в этих структурах физиологически активных веществ - нейромедиаторов, выполняющих функцию химических проводников нервных импульсов для воздействия последних на эффектор-ную клетку; выявление ингибиторов, активаторов, модуляторов и других участников медиаторных процессов. Полученные в этой области сведения в отношении паразитических организмов, сопоставленные с имеющимися аналогичными сведениями в отношении их хозяев, позволят понять или приблизиться к пониманию сложных физиологических механизмов адаптации нервной и мышечной систем паразитических организмов к условиям среды обитания. Кроме того, такие данные могут послужить навигатором для создания нового поколения антигельминтных препаратов направленного действия.
Известно, что такое биологически активное вещество как ацетилхо-лин, являющееся широко распространенным медиатором в животном мире, обнаружено в гомогенатах тканей паразитических червей из разных систематических групп (3, 10, 29, 35). Выявление медиатора ацетилхолина
в нервно-мышечных структурах паразитических червей дало основание предположить наличие у них на постсинаптической мембране синапса специализированной субстанции -холинорецептора, имеющего белковую природу, посредством которого у других животных (19) осуществляется медиаторное действие ацетил-холина на эффекторную клетку. В конце 70-х годов прошлого столетия в лаборатории института биологии развития им. Кольцова с помощью известных биохимических тестов был обнаружен холинорецепторный белок в гомогенатах тканей нематоды Ascaris suum, трематоды Fasciola hepatica и цестоды Hymenolepis nana (17). Фармакологические свойства холинорецепторов этих гельминтов были изучены на фрагментах их тела, включающих мышечные и нервные структуры. Наибольшее число исследований в этом направлении проведено на продольных полосках тела A. suum, которые являются удобной экспериментальной моделью нервно-мышечного препарата (9, 11, 12, 16, 22, 35, 41, 42). В значительно меньшей степени изучены фармакологические свойства соматических мышц трематод, цестод, скребней, а также специализированной мускулатуры матки свиной аскариды (26, 30, 37).
Сравнительный анализ качественной и количественной оценок фармакологических свойств холинорецеп-торов мускулатуры паразитических червей и других животных и сведений о наличии холинорецепторного белка у них показал, что холинорецептор-ный белок может иметь общие физико-химические свойства для живот-
ных, стоящих на разных уровнях эволюции. Конечно, к настоящему времени разработаны новые, более точные и современные способы определения холинорецепторной субстанции в синаптических структурах животных, но первые достоверные данные о наличии холинорецепторного белка у паразитических червей были получены более 30 лет тому назад.
По фармакологическим свойствам мускулатура аскариды очень похожа на скелетные мышцы и автономные ганглии позвоночных животных, но отличается от них более низкой чувствительностью к веществам, действующим на никотиночув-ствительные холинорецепторы позвоночных. Вместе с тем, никотиновая холинорецепция мышц аскариды и сократительная реакция мышц на ацетилхолин и вещества, имитирующие действие ацетилхолина (холи-номиметики) характерны для большинства локомоторных мышц беспозвоночных животных (19). Отмеченные сходства объясняются близостью нематоды к другим свободно живущим беспозвоночным в том отношении, что паразит сохраняет подвижный образ существования, а от воздействия окружающей среды защищен мощной малопроницаемой кутикулой (7, 34). Следует отметить, что холинорецепция кишки, где локализуются взрослые аскариды, имеет мускариновый характер, т.е. холино-рецепторы кишки являются мускари-ночувствительными; ацетилхолин и холиномиметические вещества мус-каринового ряда при воздействии на мускулатуру кишки вызывают сокращение последней (1). Учитывая
однотипную реакцию мускулатуры кишки хозяина и соматической мускулатуры нематоды, можно было бы предположить, что при неожиданном сбое холинергической системы кишечника хозяина, возможном при различных неврологических патологиях последнего, и выбросе большого количества ацетилхолина в просвет кишки, высокая концентрация аце-тилхолина в просвете кишечника хозяина, инвазированного аскаридами, могла бы привести к драматическим последствиям для него. Однако, известно, что ряд нематод, паразитирующих в кишечнике, в частности, аскарида, удерживаются в нем за счет движения против тока химуса (28). Стимуляция перистальтики кишечника хозяина либо избыточными количествами ацетилхолина, либо соединениями холинергического ряда вызовет и усиление антиперистальтических движений нематод и общее сокращение их мышц. При сокращении нематод увеличится упругость их тела, что позволит нематодам удерживаться в кишечнике хозяина в местах локализации.
Вместе с тем, нужно учитывать и тот факт, что нематода, находясь в просвете кишки хозяина, где реализуются жизненно необходимые реакции паразита и ответные реакции хозяина, защищена от агрессивности среды надежной и полупроницаемой кутикулой. Кутикула, как ранее было отмечено, играет роль защитного барьера, предохраняя нематод от механических и химических воздействий, и служит механической опорой соматических мышц паразита (34). Все это можно рассматривать как факт морфофизиологиче-
ской адаптации паразита к агрессивной среде обитания.
Иначе обстоит дело у плоских паразитических червей. Наружные покровы моногеней, трематод и цес-тод по своей организации и структуре существенно отличаются от кутикулы нематод и скребней и квалифицируются как особого рода структуры, называемые тегументом. Существует мнение, что тегумент некоторых цестод является морфологическим аналогом эпителиальной ткани кишечника высших животных (34). Присутствие различных ферментов на поверхности тегумента цестод указывает на его активность в процессах метаболизма и транспорта пищевых веществ (8). Особый интерес представляют данные о наличии протеаз и пептидаз в тегументе цес-тод, которые определяют транспорт продуктов расщепления белков. Таким образом, спектр функций, выполняемых покровами у цестод, расширен по сравнению с нематодами, поскольку наряду с традиционными (барьерной, защитной, опорной) они выполняют еще трофическую (пищеварительную) и транспортную, а также экскреторную и осморегуляторную функции (14). Учитывая отмеченные особенности тегумента плоских червей, и в частности, цестод, можно ожидать большую доступность мускулатуры интактных плоских паразитов к воздействию различных химических веществ в экспериментах in vitro, чем в опытах с интактными нематодами.
Известно, что мышцы плоских гельминтов отличаются от мускулатуры нематод и большинства локомоторных мышц других беспозво-
ночных и позвоночных животных чувствительностью и формой реакции - расслаблением - в ответ на воздействие ацетилхолина и его аналогов. Холинорецепция мышц трематод, в частности, F. hepatica похожа на мускариновую холинорецепцию мускулатуры желчных протоков хозяина (1). Однако, мышцы трематоды отличаются от мышц желчных протоков противоположной реакцией на ацетилхолин и его мускариновые аналоги, т.е. мышцы трематоды, имеющей более проницаемые покровы, чем нематоды, расслабляются в ответ на воздействие ацетилхолина и его мускариновых аналогов. Мускулатура желчных протоков сокращается в ответ на воздействие ацетил-холина и его мускариновых аналогов и эти качественно противоположные реакции на ацетилхолин и его агони-сты мускулатуры трематоды и мышц желчных протоков уменьшают опасность закупорки желчного протока хозяина. Этот факт можно рассматривать как физиологическую адаптацию паразита, приобретенную паразитическим организмом в ходе эволюции и направленную на выживание паразита в организме хозяина, с одной стороны, и сохранение жизни хозяина, с другой стороны.
Холинорецепция мышц цестод на примере Hymenolepis diminuta по фармакологическим свойствам сочетает в себе в какой-то степени свойства холинорецепторов мускулатуры нематод и трематод, поскольку мышцы цестод реагируют и на мус-кариновые, и на никотиновые аналоги ацетилхолина. Мускулатура цес-тод также, как и трематод отвечает
расслаблением на воздействие аце-тилхолина и его агонистов и этим отличается от реакции кишечника хозяина. В связи с этим усиление перистальтики кишечника хозяина под воздействием холинергических веществ уменьшает опасность того, что цестоды создадут опасную для хозяина закупорку пищеварительного тракта. Этот факт можно рассматривать как физиологическую адаптацию плоских червей, закрепленную в ходе эволюции ради сохранения собственной жизни и жизни хозяина. По способности реагировать на муска-риновые и на никотиновые холино-миметики мышцы цестод в сравнительном плане близки к локомоторным мышцам некоторых представителей полихет (21) и иглокожих (27), но отличаются от них более низкой чувствительностью к холиномимети-кам и формой реакции (расслаблением мускулатуры) в ответ на воздействие агонистов ацетилхолина.
Холинорецепция мышц цестоды сходна с мускариновой холиноре-цепцией мускулатуры тонкого кишечника хозяина (1). В то же время, мышцы гельминта отличаются от мускулатуры кишечного тракта хозяина более низкой чувствительностью к мускариновым холиномиме-тикам (за исключением ареколина гидробромида) и формой ответа на них. Известно, что ареколин гидробромид, являясь алкалоидом и высоко избирательным мускариновым хо-линомиметиком, с давних пор применяется в ветеринарной практике в качестве сильного антигельминтика в отношении цестод, паразитирующих у птиц, собак, пушных зверей (13,
27). Однако, тяжелые побочные эффекты этого вещества ограничивают его применение в ветеринарии и, фактически, не допускают его использование в медицинской практике в качестве антигельминтика. В то же время, знание механизма действия этого алкалоида на мускулатуру плоских червей и его химической структуры могут привлечь внимание специалистов к синтезу близкого аналога, лишенного его токсичности, и обладающего высокой эффективностью в очень низких концентрациях.
Анализ литературных и собственных данных показывает, что относительно устойчивое существование этой сформированной в ходе эволюции системы обязано сложнейшим и многочисленным формам адаптаций, которые приобрели и совершенствовали в течение длительной эволюции паразитические черви из различных систематических и экологических групп ради выполнения важнейшей для паразитов биологической задачи - сохранения себя как специфической формы жизни. Из известных видов адаптаций к паразитическому образу жизни, описанных в литературе, как то - морфологические адаптации (изменение формы тела у экто- и эндопаразитов, развитие органов прикрепления, редукция и исчезновение кишечника у различных групп эндопаразитов), адаптации репродуктивной системы (развитие гермафродитизма, огромная плодовитость, формирование устойчивых оболочек, защищающих покоящиеся стадии паразитов от агрессивных факторов внешней среды и др.), адаптации нервной системы парази-
тических организмов, которой, несомненно, принадлежит ведущая роль в формировании всего комплекса адап-таций паразита и другие, в данной статье были рассмотрены, главным образом, некоторые биохимические и физиологические аспекты адаптаций паразитических червей к специфической среде обитания. Большой интерес у многих исследователей вызывает биохимическая сторона перестройки обмена веществ и энергии у паразитических червей на последовательных стадиях их жизненного цикла. Предполагается, что уже в организме личинки может заблаговременно начинаться процесс биосинтеза ферментов, которые понадобятся на следующей стадии развития паразитического организма. При этом заготовленный как бы впрок путь обмена остается неактивным до тех пор, пока не начнется биосинтез ключевого фермента. Этот последний этап биосинтеза запускается в тот момент, когда, например, личинки трематод или нематод, обитающие до этого во внешней среде, встречают своего хозяина и атакуют его (25).
Однако, и в настоящее время самым актуальным вопросом, по-видимому, остается вопрос о самих пусковых механизмах, регулирующих эту жизненно важную для паразитического организма экстренную перестройку обмена веществ. Это изменение обмена веществ и энергии у паразитических червей на последовательных стадиях их жизненного цикла, идеально отработанное в ходе эволюции, можно рассматривать как высшую форму биохимической адаптации к резко меняю-
щимся условиям жизни паразитического организма в ходе онтогенеза.
В зоологической системе паразитические черви входят в состав Scolecida (6, 44). На этом уровне филогенетического развития у животных впервые формируется нервная система с центральными и периферическими отделами, для которой характерен единый план строения (ортогон). Однако в пределах сколе-цид нервная система обнаруживает существенные различия, в частности, паразитический образ жизни паразитических червей приводит к частичной редукции нервных элементов. В сравнительной и эволюционной физиологии более полувека решается вопрос о возможной медиаторной функции ацетилхолина в локомоторных нервах паразитических червей, т.е. об участии этого широко распространенного в животном царстве физиологически активного вещества в деятельности нервной и мышечной ткани паразитов. Параллельно с этим возникает необходимость изучения возможного влияния паразитического образа жизни на чувствительность и характер физиологического ответа соматической мускулатуры червей на воздействие аналогов ацетилхолина (холиномиметиков), блокаторов аце-тилхолина (веществ, препятствующих осуществлению эффекта аце-тилхолина) и веществ, усиливающих или потенцирующих действие аце-тилхолина. Установлено, что соматическая мускулатура паразитических червей, относящихся к различным классам, проявляет в большей или меньшей степени чувствительность к ряду фармакологических веществ
холинергического ряда. Из тканей гельминтов выделено вещество по физиологическим свойствам похожее на ацетилхолин, а также обнаружены ферменты синтеза (холинацетил-трансфераза) и гидролиза (ацетилхо-линэстераза) ацетилхолина. В нервно-мышечных соединениях (синапсах) у различных паразитических червей обнаружены небольшие прозрачные везикулы, в которых, как предполагают, содержится ацетилхо-лин. Кроме того, получен положительный тест на наличие холиноре-цепторного белка в тканях некоторых нематод, трематод и цестод. Таким образом, наличие ацетилхолина, ферментов синтеза и гидролиза этого физиологически активного вещества, выявление мест его локализации в области синапса - все это свидетельствует о наличии холинергических элементов в нервных структурах паразитических червей и является общим признаком для локомоторных отделов нервной системы, что сближает их с более высокоорганизованными представителями животного царства, в том числе, с их хозяевами.
В целом, можно сказать, что наличие холинергических элементов в нервных структурах большинства паразитических червей является общим признаком для локомоторных отделов нервной системы паразитических организмов. Однако, фармакологические свойства холинорецеп-торов различны у представителей разных классов червей и в ряде случаев отличаются от свойств холино-рецепторов органов хозяев, где локализуются паразиты.
Как было отмечено ранее, по фармакологическим свойствам мускулатура паразитической нематоды аскариды очень похожа на скелетные мышцы и автономные ганглии позвоночных животных, но отличается от них более низкой чувствительностью к веществам, действующим на никотиночувствительные холиноре-цепторы позвоночных. Холиноре-цепция кишки, где локализуются взрослые аскариды, имеет мускари-новый характер, т.е. холинорецепто-ры кишки являются мускариночувст-вительными, и ацетилхолин и холи-номиметические вещества мускари-нового ряда при воздействии на мускулатуру кишки вызывают сокращение последней (1). Учитывая однотипную реакцию мускулатуры кишки хозяина и соматической мускулатуры нематоды, можно было бы ожидать, что при неожиданном выбросе большого количества ацетилхолина в просвет кишки хозяина (при различных патологиях хозяина), высокая его концентрация в просвете кишечника хозяина могла бы привести к драматическим последствиям для него, т.е. закупорке части кишечника. Однако, этого скорее всего не произойдет. Известно, что ряд нематод, паразитирующих в кишечнике, в частности, аскарида, удерживаются в нем за счет движения против тока химуса (28). Стимуляция перистальтики кишечника хозяина либо избыточными количествами ацетилхоли-на, либо соединениями холинергиче-ского ряда вызовет и усиление антиперистальтических движений нематод и общее сокращение их мышц. При сокращении нематод увеличится
упругость их тела, что позволит нематодам удерживаться в кишечнике хозяина в местах локализации. Такую реакцию мускулатуры паразита и мускулатуры кишечника хозяина на воздействие ацетилхолина можно было бы рассматривать как форму физиологической адаптации нематоды к специфическим условиям среды обитания паразита.
Другой вид физиологической адаптации, закрепленной в ходе совместной эволюции системы паразит - хозяин, можно рассмотреть на примере взаимоотношений между цестодой Triaenophorus nodulosus и ее окончательным хозяином - щукой. Установлено, что сильная инвазия щуки этим гельминтом (до 200 паразитов в одной рыбе) не только не вызывает гибель хозяина, но даже не приводит к его истощению (8). Низкую патогенность паразитического организма для хозяина в данном случае связывают с высоким уровнем адаптации, выработанной в ходе эволюции системы паразит-хозяин и направленной на сохранение жизни обоих партнеров этой сбалансированной системы. Таким образом, взаимная адаптация паразита и хозяина повышает вероятность поддержания непрерывного цикла развития паразита и сохранения вида в целом, способствует сохранению жизни хозяина, снижает степень вреда, который мог бы быть нанесен ему паразитом. Хотя возможны и отступления от этого положения, которые могут быть связаны с воздействием неблагоприятных внутренних и внешних факторов, снижающих резистентность хозяина.
Мышцы плоских гельминтов отличаются от мускулатуры нематод и большинства локомоторных мышц других беспозвоночных и позвоночных животных чувствительностью и формой реакции - расслаблением в ответ на воздействие ацетилхолина и его аналогов. Холинорецепция мышц трематод, в частности, F. hepatica сходна с мускариновой холиноре-цепцией мускулатуры желчных протоков хозяина (1). Однако, мышцы трематоды отличаются от мышц желчных протоков противоположной реакцией на ацетилхолин и его мус-кариновые аналоги. Мускулатура желчных протоков сокращается в ответ на воздействие ацетилхолина и его мускариновых аналогов и эти качественно разные реакции на ацетил-холин и его агонисты мускулатуры трематоды и мышц желчных протоков уменьшают опасность закупорки желчного протока хозяина. Этот факт также можно рассматривать как физиологическую адаптацию паразита, приобретенную в ходе эволюции и направленную на выживание паразита в организме хозяина, с одной стороны, и сохранения жизни хозяина, с другой стороны. Мускулатура цестод
также, как и трематод отвечает расслаблением на воздействие ацетил-холина и его агонистов и этим отличается от реакции кишечника хозяина. В связи с этим усиление перистальтики кишечника хозяина под воздействием холинергических веществ уменьшает опасность того, что цестоды создадут опасную для хозяина закупорку пищеварительного тракта, где они обитают. Этот факт однозначно указывает на форму физиологической адаптации ленточных червей, закрепленную в ходе эволюции, ради сохранения собственной жизни и жизни хозяина.
Отмеченный факт физиологической адаптации плоских червей (трематод и цестод), заключающийся в противоположном характере ответа мускулатуры паразитов и органов их локализации в ответ на воздействие ацетилхолина и ряда мускариновых холиномиметиков, особенно, ареко-лина, может служить для фармакологов навигатором для создания анти-гельминтиков направленного действия, мишенью для которых будут хо-линорецепторы мускулатуры плоских паразитических червей.
Литература
1. Аничков С.В. Избирательное действие некоторых медиаторных средств. - Л.: Медицина, 1974. - 295 с.
2. Аркинд М.В., Раева И.И. // Журн. эволюц. биохимии и физиологии. -1971. - 7, № 4. - С. 375-379.
3. Артемов Н.И., Лурье Р.Н. // Изв. АН СССР.- 1941. - Сер. Биол., № 2. -С. 278-282.
4. Астафьев Б.А., Яроцкий Л.С., Лебедева М.Н. Экспериментальные модели паразитозов в биологии и медицине. - М.: Наука, 1989. - С. 15.
5. Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. -М.: Наука, 1964. - Т.1. - 432 с.
6. Догель В.А. Зоология беспозвоночных. - М.: Советская наука, 1959. -488 с.
7. Догель В. А. Общая паразитология. - Л., 1962. - 464 с.
8. Извекова Г.И. // Паразитология. - 2001. - Т. 35, Вып. 1. - С. 60-68.
9. Кротов А.И. // Мед. паразитол. и паразитарн. бол. - 1956. - Т. 25, № 1. -С. 60-62.
10. Кротов А.И. // Бюл. экспер. биол. - 1957. - Т. 43, № 2. - С. 95.
11. Кротов А.И. // Мед. паразитол. и паразитарн. бол. - 1965. - Т. 84, № 2.
- С. 219-228.
12. Кротов А.И. // Тр. Всес. ин-та гельминтол. - 1971. - Т. 17. - С. 141-147.
13. Кротов А.И. Основы экспериментальной терапии гельминтозов. - М.: Медицина, 1973. - С. 118-119.
14. Куперман Б.И. Ленточные черви рода Triaenophorus - паразиты рыб. -Л.: Наука, 1973. - 207 с.
15. Куперман Б. И. Функциональная морфология низших цестод. - Л.: Наука, 1988. - С. 167.
16. Малютина Т.А. // Тр. Всес. ин-та гельминтол. - 1979. - Т. 25. - С. 85-86.
17. Малютина Т.А., Нистратова С.Н., Шишов Б.А. // Журн. эвол. биохим. и физиол. - 1976. - Т. 12, № 3. - С. 245-249.
18. Маркевич А.П. Паразитоценология. Теоретические и прикладные проблемы. - Под ред. - 1985. - 223 с.
19. Михельсон М.Я, Зеймаль Э.В. Ацетилхолин. - Л.: Наука, 1970. - 279 с.
20. Покровский А.А. Роль биохимии в развитии науки о питании. - М.: Наука, 1974. - С. 125.
21. Рожкова Е.К. // Журн. эвол. биохим. и физиол. - 1984. - Т. 20, № 2. -С. 184-190.
22. Rozhkova E. K., Malyutina T.A., Shishov B. A. // Gen. Pharmacol. - 1980. -V. 11. - P. 141-146.
23. Скрябин К.И. Строительство советской гельминтологии. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1946. - 211с.
24. Скрябин К.И., Шульц Р.С. Ветеринарная паразитология и инвазионные болезни домашних животных. Часть 1: Гельминтология. Под ред. К.И. Скрябина. - Ленинград, 1937. - 418 с.
25. Сопрунов Ф.Ф. Молекулярные основы паразитизма. - М.: Наука, 1987.
- С. 224.
26. Теренина Н.Б., Шишов Б.А. // Мед. паразитол. и паразитарн. бол. -1975. - № 3. - С. 322-325.
27. Шелковников С.А., Старшинов С.А., Иоффе Д.В. // Журн. эвол. биохим. и физиол. - 1974. - № 1. - С. 101-103.
28. Шишов Б.А. Нервная система паразитических червей: аминергические и холинергические элементы у личинок и взрослых гельминтов: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. - М., 1991. - 46 с.
29. Шишов Б.А., Малютина Т.А. // Тр. ГЕЛАН. - 1974. - Т. 24. - С. 255-258.
30. Шишов Б.А., Малютина Т.А. // Тр. ГЕЛАН. - 1979. - Т. 29. - С. 188-194.
31. Шишова-Касаточкина О.А., Павлов А.В. // Тр. ГЕЛАН. - 1969. - № 20. - С. 195-202.
32. Шишова-Касаточкина О.А., Леутская З.К. Биохимические аспекты взаимоотношений гельминта и хозяина. - М.: Наука, 1979. - 279 с.
33. Шульц Р.С., Гвоздев Е.В. Основы общей паразитологии. - М.: Наука, 1970. - Т. 1. - 492 с.
34. Шульц Р.С., Гвоздев Е.В. Основы общей паразитологии. - М.: Наука, 1972. - Т. 2. - С. 515.
35. Baldwin E, Moyle V.A. // Ibid. - 1949. - V. 4. - P. 145-152.
36. Cameron Th.W.M. Parasites and parasitism . - L.;N.Y.:Wiley, 1954. - 322 p.
37. Chance M.R.A., Mansour T.E. // Br. J. Pharmacol. Chemotherapy. - 1953. -V. 8. - P. 134-138.
38. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. - ИЛ, 1961. - 726 с.
39. Харборн Дж. Введение в экологическую биохимию. - М.: Мир, 1985. -308 с.
40. Mario P., Rumjaneck F.D. // Ibid. - 1984. - V.10. - P. 245-268.
41. Natoff J. L. // Brit. J. Pharmacol. - 1969. - V. 37. - P. 251-257.
42. Norton S., De Beer E.G. // Amer. J. Med. Hyg. - 1957. - V. 6. - P. 898-905.
43. Pappas P.W., Narcisi E.M., Rentro V. // Mol. and Biochem. Parasitol. -1983. - V. 8. - P. 317-323.
44. Стамм Дж. У. Ветеринарный справочник для владельцев собак. - М.: СП «Интербук», 1990.
The relationships in the system of parasite-host: biochemical and physiological
aspects adaptations (retrospective review)
T.A. Malyutina
The analysis of literature research of phenomenon of parasitism - a variety of adaptive relationships between parasite and host is submitted. The change of ways of protein composition during life cycle of parasite is considered. Process of change of protein composition during life cycle of parasite is considered as the highest extent of adaptation of parasite during development from egg to adult form. The pharmacological properties of cholinoreceptors of round - and flatworms muscles and musculature of host organs where parasites are located are reviewed. The ability to the contraction of the nematode somatic musculature and intestine musculature of host after influence of acetylcholine and its agonists as well as the opposite reaction of flat-worm musculature (relax) and intestine muscles (contraction) on these compounds, are reviewed as form of physiological adaptation of round- and flatworms developed during evolution to save life of parasite and host.
