Одноклеточные водоросли и малярийный плазмодий

[idelson]

Малярия - до сих пор одна из самых смертельных инфекционных болезней. И в наше время от нее умирает около 400 тыс. человек в год, в основном в Африке, южнее Сахары.

Возбудитель малярии - не бактерия, а эукариот рода Plasmodium. У человека это 4 разных вида, из которых самый опасный - P. falciparum, который распространен в Африке. А всего описано около 200 видов, которые паразитируют на разных животных, птицах или пресмыкающихся. Иногда такое паразитирование вызывает болезнь, похожую на малярию, а иногда проходит незаметно.

У всех плазмодиев - сложный жизненный цикл, часть которого проходит в теле позвоночного, а часть - в теле комара или, у некоторых плазмодиев, паразитирующих на пресмыкающихся, в теле мухи.

На разных стадиях своего жизненного цикла плазмодий выглядит совсем по-разному, так что, не зная, что это одно и то же существо, это не поймешь.

Шире - малярийные плазмодии относятся к типу Apicomplexa. Все представители этого типа - паразиты, некоторые вызывают и другие болезни, помимо малярии.

Как я уже сказал, они - эукариоты, у них есть клеточные органеллы: ядро, митохондрия (одна), и есть еще одна органелла, которая называется апикопласт. Он окружен четырьмя слоями мембран и сильно отличается от митохондрии.

Электронная фотография ядра, митохондрии, и апикопласта в малярийном плазмодии. McFadden, G. I., & Yeh, E. (2017). The apicoplast: now you see it, now you don’t. International journal for parasitology, 47(2-3), 137-144.

В середине 1990 гг из апикопластов выделили ДНК и обнаружили, что они - родственники пластид. Пластиды - это клеточные органеллы, которые происходят от фотосинтезирующих цианобактерий. Таким образом, получается, что малярийные плазмодии происходят от одноклеточных водорослей - фотосинтезирующих простейших

В геноме апикопласта малярийного плазмодия не осталось никаких следов генов, связанных с фотосинтезом, и вообще он гораздо меньше, чем у фотосинтезирующих, но он необходим плазмодию: он содержит гены, отвечающие за непростые биохимические реакции, более свойственные растениям, чем животным.

Еще в 1962 г. открыли одноклеточную водоросль Symbiodinium, которая фотосинтезирует и живет внутри клеток коралловых полипов, медуз, губок. У них симбиоз - в теплых и бедных пищей водах они поселяются внутри кораллов, те снабжают их CO₂ и жильем, а они их - своими питательными веществами. Symbiodinium - дальний родственник малярийного плазмодия.

Симбиотические отношения между Symbiodinium и коралловыми полипами.

https://phys.org/news/2013-07-coral-symbiont-genome-decoded.html

Клетки Symbiodinium внутри клеток медузы

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zooxanthellae.jpg

В 2008 г. нашли еще одноклеточные водоросли, на этот раз близких родственников малярийного плазмодия. Chromera velia может жить в качестве свободноживущей водоросли, а может вторгнуться в клетки кораллового полипа и паразитировать на них. Похоже, что они от этого болеют.

Свободно живущие Chromera velia.

https://reefs.com/chromerida-malaria-like-organisms-living-corals/

Желтоватый цвет части коралловых полипов свидетельствует, что они заселены Chromera velia. Переход от фотосинтеза к внутриклеточному паразитизму, возможно, связан с тем, что в окаменевших кораллах мало света.

https://www.dbg-phykologie.de/en/more-images-of-the-alga-chromera-velia?back=955&cHash=7fc7064eabc50efb51c9e0c6bf9ae578

А совсем недавно, в 2019 г., нашли еще более близких родственников малярийных плазмодиев - коралликолид. Коралликолиды живут внутри клеток кишечной полости у разных кишечнополостных. У них есть апикопласт, но они не производят хлорофилл и не фотосинтезируют. Хотя, в отличие от малярийных плазмодиев, у них в афикопластах зачем-то есть гены ферментов, участвующих в биосинтезе хлорофилла, и, судя по консервативности, явно зачем-то нужны, но непонятно зачем.

Таким образом, похоже, что одноклеточные водоросли превратились в симбионтов прозрачных морских животных, а там постепенно и в паразитов, и вместе со своими хозяевами вышли на сушу, постепенно приспосабливаясь к все новым и новым хозяевам.

1. de Koning-Ward, T. F., et al. (2016). Plasmodium species: master renovators of their host cells. Nature Reviews Microbiology, 14(8), 494-507.


2. Moore, R. B., et al. (2008). A photosynthetic alveolate closely related to apicomplexan parasites. Nature, 451(7181), 959-963.


3. Oborník, M. (2020). Photoparasitism as an intermediate state in the evolution of apicomplexan parasites. Trends in parasitology, 36(9), 727-734.


4. Kwong, W. K., et al. (2019). A widespread coral-infecting apicomplexan with chlorophyll biosynthesis genes. Nature, 568(7750), 103-107.