О генетических причинах устойчивости морских вшей к лекарствам

Морские вши Lepeophtheirus salmonis, поразившие лосося
Морские вши Lepeophtheirus salmonis, поразившие Атлантического лосося

Морские вши (семейство Caligidae) — веслоногие ракообразные эктопаразиты морских рыб, питающиеся слизью, кровью и кожей хозяина. Эти болезнетворные организмы негативно влияют на морские рыбные объекты промысла и культивирования по всему миру, в особенности на фермах по разведению атлантического лосося.

Средствами борьбы с морскими вшами традиционно выступают ветеринарные препараты, поступающие в организм рыб по средством лечебных ванн или с добавками к кормам. Помимо этих средств, в настоящие время широко распространены и нелекарственные способы защиты: биологический контроль вшей с помощью рыб-чистильщиков, дезинсекция пресной воды и садки улучшенной формы, позволяющие снизить риск инфекции.

Несмотря на наличие и доступность всех перечисленных методов борьбы с морскими вшами, по-прежнему нельзя обойтись без лекарственных препаратов. Проблема может возникнуть там, где применить другие методы невозможно, они окажутся малоэффективны или их использование противоречит ветеринарным предписаниям.

Тем не менее, существенный недостаток медикаментозных способов борьбы заключается в выработке устойчивости вредителя и паразита к химикатам, особенно в тех случаях, когда это или схожее вещество применялось в целях борьбы в течение длительного периода, редко чередуясь с химикатами, полностью отличающимися по составу.

Устойчивость к лекарствам или пестицидам объясняется увеличением в популяции вредителя числа аллелей, благодаря которым их носители становятся неуязвимы для медикаментов. Обычно такие аллели уже существуют у некоторых особей еще до использования химиката, но встречаются крайне редко в генофонде популяции.

Использование одного лекарства для нескольких поколений вредителя приводит к селективной выборке и гибели особей, не носителей такого аллеля. В результате, наблюдается постепенное увеличение организмов, способных противостоять воздействию препарата, а сам аллель встречается в генофонде все чаще.

Как только большинство особей в популяции окажутся носителями аллеля, препарат прекратит свое действие, и факт устойчивости станет очевидным.

Только ограниченное число лекарственных препаратов от морских вшей разрешено к применению в Великобритании. Вещества азаметифос, дельтаметрин и пероксид водорода применяются в лечебных ваннах, эмамектин-бензоат вводится перорально.

Успех применения медикаментов во многом зависит от развития невосприимчивости у лососевых вшей Lepeophtheirus salmonis, вида морских вшей, чья устойчивость варьирует в зависимости от места обитания и сезонной/междугодичной изменчивости.

Несмотря на необходимость изучения устойчивости L. salmonis к лекарствам, крайне мало известно о молекулярных механизмах развития невосприимчивости. У насекомых устойчивость к пестицидам основана на одном или двух основных механизмах. С одной стороны, мутация приводит к изменениям в молекулярной структуре вредителя, из-за чего применение инсектицида неэффективно.

С другой стороны, мутации, с помощью метаболизма снижающие эффективность пестицидов, способны так изменить устойчивых к химикатам насекомых, что те смогут избавляться от пестицида до того, как он начнет действовать.

Устойчивость L. salmonis к азаметифосу вызвана мутациями локуса мишени. Пока неизвестно, какие механизмы лежат в основе возникновения устойчивости к другим средствам против лососевых вшей.

Если удастся заполнить пробелы в знаниях, которые касаются детального механизмы развития лекарственной устойчивости у лососевых вшей, это станет существенным вкладом в борьбу с данным паразитом аквакультуры.

Понимание молекулярного механизма сопротивления позволит создавать действенные лекарства, способные воздействовать даже на устойчивых к другим средствам паразитов.

Кроме того, разработка методов диагностики и выявления устойчивости у популяции морских вшей, позволит улучшить стратегии, призванные помешать увеличению числа невосприимчивых особей, и контролировать их эффективность.

В исследовательском проекте, финансировавшемся Научно-исследовательским советом по биотехнологиям и биологическим наукам, «Выявление молекулярного фактора лекарственной чувствительности у лососевых вшей (Lepeophtheirus salmonis)» (ВВ/L022923/1), в котором также принял участие союз шотландских производителей лосося, группа доктора Armin Sturm из Университета аквакультуры Стирлинга использовала генетический подход, чтобы получить представление о механизмах невосприимчивости к лекарственным ваннам на основе дельтаметрина и кормовой добавке бензоата-эмамектина у L. salmonis.

Скрещивание морских вшей из популяции, где особи ­оказались устойчивы к обоим препаратам, с особями из популяции­ с лекарственной чувствительностью показало, что устойчивость наследуется первым и вторым поколениями.

Для определения генетических маркеров в геноме, опосредующих лекарственную устойчивость, паразитов из отобранных популяций подвергли высокоэффективному секвенированию ДНК.

Первые результаты появились в научной публикации сотрудника постдокторантуры д-р Greta Carmona-Antonanzas (PLoS OhE, 2017, 12(7): e0180625): ученые смогли выявить неожиданную ­закономерность наследования гена устойчивости к дельтаметрину у L. salmonis.

Если при скрещивании популяций женская особь обладала невосприимчивостью, то устойчивость проявлялась у всех потомков без исключения.

Наличие или отсутствие устойчивости к дельтаметрину у мужских особей, напротив, почти не влияли на невосприимчивость следующего поколения к препарату.

Материнский образец наследования отличается от «классических» генетических правил, которые обнаружил Грегор Мендель, и определяет роль митохондриальных генов в механизме невосприимчивости, поскольку они наследуются только от женских особей.

В поддержку этой гипотезы у изолятов ­морских вшей, устойчивые к дельтаметрину, полученные в 2012 и 2013 годах из разных регионов Шотландии, обнаружили идентичные митохондриальные нуклеотидные последовательности генов, которые могут отвечать за устойчивость к препарату. Под воздействием отбора по чувствительности к дельтаметрину морские вши-носители таких митохондриальных генов начинают преобладать в популяции.

Дальнейшее исследование механизмов устойчивости к дельтаметрину проводятся при финансовой поддержке Pharmaq/Zoetis. Под руководством доктора Sturm аспирант Claudia Tschesche проводит исследование, направленное на выявление природы генов, ответственных за возникновение устойчивости к дельтаметрину, и нахождение способов преодоления этой невосприимчивости.

Приведенный выше эксперимент показал, что механизмы наследования устойчивости к эмамектин-бензоату и дельтаметрину отличаются, что указывает на тот факт, что за каждый из двух типов лекарственной невосприимчивости отвечают различные гены.

В случае с эмамектин-бензоатом количество восприимчивых к лекарственным препаратам особей первого поколения оказалось средним между количеством восприимчивых особей в родительском поколении и количеством устойчивых и восприимчивых паразитов во втором поколении, что соответствует генетической теории Менделя. ­

Высокоэффективное секвенирование геномной ДНК особей из отобранных популций позволило выявить приблизительно 5000 генетических ­маркеров, распределенных по всему геному (так называемые однонуклеотидные полиморфизмы, SNP-маркеры), и составить из них генетическую карту.

Это позволило выявить маркеры, связанные­ с лекарственной невосприимчивостью, выделив областей генома, которые, вероятно, участвует в механизме проявления устойчивости. Текущие исследования направлены на выявление генов, ответственных за устойчивость­ в этой области.

Так как проблема устойчивости к эмамектин-бензоату и дельтаметрину возникает все чаще, пероксид водорода, который ранее использовался в составе лечебных ванн в 1990-х годах, снова оказался на пике популярности.

Тем не менее, широкое использование этого вещества в последние годы в качестве лекарства и от морских вшей, и амебного жаберного заболевание взывает опасение, что паразиты способны выработать устойчивость и к этому препарату.

В докторской диссертацией под руководством Dr Sturm и при финансовой поддержке компании Solvay, студент-исследователь David Guidi использовал сочетание генетических и транскриптомных методов, чтобы определить молекулярные детерминанты устойчивости к пероксиду водорода, параллельно улучшая и расширяя спектр молекулярных инструментов, разработанных в вышеупомянутых исследованиях с целью выявления невосприимчивости дельтаметрина и эмамектин-бензоата.

Развитие устойчивости к регулирующему агенту оставляет характерный след­ в геноме популяции паразита, называемый «селективным очищением».

Как указывалось выше, устойчивость появляется из-за увеличения генетических вариаций в пределах популяции, которые повышают выживаемость носителей при обработке. С увеличением частоты встречающихся аллелей невосприимчивости количество других вариаций в том же месте генома уменьшается.

В результате, у популяции, пережившей воздействие препарата из-за устойчивости к нему, можно будет наблюдать снижение генетического разнообразия к в той части генома, которая отвечает за невосприимчивость, и других ближайших к ней частях.

Постдокторант Dr Louise Gamble в настоящее время проводит анализ результатов ­полногеномного секвенирования у морских вшей, собранных на нескольких фермах, которые используют различные лекарственные средства против этих паразитов, чтобы найти признаки селективного очищения, связанных с развитием лекарственной невосприимчивости.

Dr Gamble также в настоящее время занимается повторным секвенированием генома лососевых вшей в целях формирования более полной сборки генома, которой можно будет воспользоваться в процессе сопоставления генетических маркеров с фактическими генами, участвующими в механизме выработки устойчивости.

В целом, хотя есть еще значительные пробелы относительно ­механизмов лекарственной устойчивости лососевых вшей, исследования в Университете аквакультуры Стерлинга выявили части генома паразита, отвечающие за невосприимчивость дельтаметрина и эмамектин-бензоата.

Текущие исследования направлены на выявление таких генов и разработку диагностических методов, позволяющих точнее определять наличие подобной устойчивости.

Результаты исследования могут привести к созданию новых улучшенных методов лечения и профилактики здоровья рыб на лососевых фермах.
——
Resistance may soon become futile. Understanding the genetic basis of drug resistance in sea lice. Institute of Aquaculture. May, 2018

Раздел: Болезни рыб. Лечение, признаки, Паразиты рыб
Метки: , ,
Похожие статьи:

Реакция постоянных читателей:

Заметил ошибку, тык*:

 Orphus

Комментарии Вконтакте:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *