PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA Patologický vliv bazálních linií výtrusovců (Apicomplexa) na tkáň hostitele Bakalářská práce KAROLÍNA POLÁKOVÁ Vedoucí práce: RNDr. Andrea Bardůnek Valigurová, Ph.D. Ústav botaniky a zoologie program Ekologická a evoluční biologie Brno 2020 PATOLOGICKÝ VLIV BAZÁLNÍCH LINIÍ VÝTRUSOVCŮ (APICOMPLEXA) NA TKÁŇ HOSTITELE Bibliografický záznam Autor: KAROLÍNA POLÁKOVÁ Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita Ústav botaniky a zoologie Název práce: Patologický vliv bazálních linií výtrusovců (Apicomplexa) na tkáň hostitele Studijní program: Ekologická a evoluční biologie Vedoucí práce: RNDr. Andrea Bardůnek Valigurová, Ph.D. Rok: 2020 Počet stran: 76 Klíčová slova: gregariny, kryptosporidie, patologie, apikální komplex, životní cyklus, hostitel, parazit PATOLOGICKÝ VLIV BAZÁLNÍCH LINIÍ VÝTRUSOVCŮ (APICOMPLEXA) NA TKÁŇ HOSTITELE Bibliographic record Author: KAROLÍNA POLÁKOVÁ Faculty of Science Masaryk University Department of Botany and Zoology Title of Thesis: Pathological effect of selected representatives of basal Apicomplexa on host tissue Degree Programme: Ecological and Evolutionary Biology Supervisor: RNDr. Andrea Bardůnek Valigurová, Ph.D. Year: 2020 Number of Pages: 76 Keywords: gregarines, cryptosporidians, pathology, apical complex, life cycle, host, parasite PATOLOGICKÝ VLIV BAZÁLNÍCH LINIÍ VÝTRUSOVCŮ (APICOMPLEXA) NA TKÁŇ HOSTITELE Abstrakt Bazálním liniím Apicomplexa není v současnosti věnována příliš velká pozornost, jelikož jejich zástupci nejsou považováni za ekonomicky nebo medicínsky významné. Jsou ovšem nezbytné pro pochopení fylogeneze a biologie celé skupiny Apicomplexa. Důležitými biologickými aspekty k pochopení evolučních drah výtrusovců jsou interakce vznikající mezi parazitem a hostitelem a patologický vliv parazita na hostitele. Teoretická část této práce je zaměřená na charakteristiku bazálních linií výtrusovců a popis mechanismů, jakými parazit negativně ovlivňuje svého hostitele. Rešerše zahrnuje i zhodnocení metodických postupů použitých v doposud publikovaných studiích. Praktická část se zaměřuje na vybrané histologické postupy vhodné pro studium patologie, zahrnuje popis použitých metod a získané výsledky včetně fotodokumentace. PATOLOGICKÝ VLIV BAZÁLNÍCH LINIÍ VÝTRUSOVCŮ (APICOMPLEXA) NA TKÁŇ HOSTITELE Abstract The early branching lineages of Apicomplexa are not given much attention due to the low economical and medical significance of their representatives. However, they are essential for understanding the phylogeny and biology of Apicomplexa in general. Parasite-host interactions and pathological effect of the parasite on host organism are important biological aspects to understand the evolutionary pathways of apicomplexans. The theoretical part of the thesis focuses on the characterisation of basal apicomplexan lineages and a description of the mechanisms by which the parasite negatively affects its host. The literature review also includes an evaluation of methodical approaches used in previously published studies. The practical part, focusing on selected histological methods suitable for the study of pathology, comprises methods used in this thesis and results obtained including photodocumentation. PATOLOGICKÝ VLIV BAZÁLNÍCH LINIÍ VÝTRUSOVCŮ (APICOMPLEXA) NA TKÁŇ HOSTITELE Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracovala samostatně pod vedením vedoucího práce s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány. V Brně 18. května 2020 ....................................... KAROLÍNA POLÁKOVÁ PATOLOGICKÝ VLIV BAZÁLNÍCH LINIÍ VÝTRUSOVCŮ (APICOMPLEXA) NA TKÁŇ HOSTITELE Poděkování V této části bych velmi ráda poděkovala své vedoucí RNDr. Andree Bardůnek Valigurové, Ph.D. za ochotu a trpělivost. V tomto nelehkém období vynaložila veškeré úsilí, aby mi pomohla při vypracovávání této práce. Také bych chtě-la poděkovat své spolužačce Kateřině Hartmanové, která byla skvělou kolegyní při práci v laboratoři. V neposlední řadě děkuji své rodině a partnerovi, kteří mi byli po celou dobu oporou. Šablona DP 3.0.6-SCI (2019-12-05) © 2014, 2016, 2018, 2019 Masarykova univerzita OBSAH Obsah 1 Úvod 13 2 Teoretická část 14 2.1 Obecná charakteristika Apicomplexa ................................................ 14 2.2 Proces invaze výtrusovců do hostitelské buňky ............................ 17 2.3 Životní cyklus Apicomplexa ................................................................... 18 2.4 Charakteristika bazálních skupin výtrusovců ................................ 21 2.5 Patologie parazitóz a metodické postupy používané při jejich výzkumu u bazálních výtrusovců ........................................................ 28 3 Praktická část 41 3.1 Materiál a metodika .................................................................................. 41 3.2 Výsledky a diskuze .................................................................................... 47 4 Závěr 62 Použité zdroje 63 ÚVOD 1 Úvod Výtrusovci (Apicomplexa) jsou bezpochyby jednou z nejdůležitějších skupin parazitických protist. Zahrnují ekonomicky a medicínsky významné patogeny způsobující závažná onemocnění člověka i zvířat, jako je malárie nebo toxoplazmóza. Díky různým evolučním tlakům si tito parazité vytvořili různé strategie pro invazi a přichycení k hostitelské buňce, což vedlo k enormní diverzifikaci jejich buněčné architektury. Během procesu invaze dochází k modifikaci hostitelské buňky nebo tkáně, která je nezbytná pro další vývoj a přežití parazita v hostiteli. Většina současných poznatků o Apicomplexa je založena na studiích zaměřených na prakticky významné a evolučně pokročilé zástupce, převážně intracelulární kokcidie. Až na kryptosporidie, které představují původce medicínsky a veterinárně významných onemocnění gastrointestinálního (případně respiračního) traktu obratlovců včetně člověka (Kuhnert-Paul et al., 2012), nejsou zástupci bazálních linií výtrusovců považováni za prakticky důležité. Nicméně představují významný stupeň evolučního vývoje a slouží k hlubšímu pochopení biologie vyšších výtrusovců, a proto si zasluhují větší pozornost. U blastogregarin a gregarin napadajících různé orgány a tělní dutiny širokého spektra vodních i terestrických druhů bezobratlých se nepředpokládá přílišný patologický vliv na hostitelskou tkáň a v současné době se dokonce spekuluje, zda se u gregarin nejedná o komenzalismus (Rueckert et al. 2019). I přesto, že gregariny parazitující laboratorně chovaný hmyz, jsou snadno dostupným a ekonomicky nenáročným modelem pro různé experimentální postupy, existuje jen málo prací zabývajících se problematikou jimi vyvolané patologie. 13 TEORETICKÁ ČÁST 2 Teoretická část 2.1 Obecná charakteristika Apicomplexa Alveolata (Cavalier-Smith 1991) je monofyletická skupina podříše SAR (Burki et al. 2008, Adl et al. 2019), tvořená jednobuněčnými eukaryoty, které se vyznačují velkou rozmanitostí ve způsobu příjmu potravy, jako jsou predace, fotoautotrofie a parazitismus. Většina Alveolata spadá pod jednu ze tří hlavních tradičních skupin: nálevníci (Ciliata), obrněnky (Dinoflagellata) a výtrusovci (Apicomplexa) (Cavalier- Smith a Chao 2004; Leander a Keeling 2004). Několik linií, které nespadají do již zmíněných skupin, vytvořilo během evoluce nové samostatné větve, například rody Colpodella nebo Perkinsus. Za vznikem nových linií stojí zejména nejisté postavení některých zástupců, kteří nesou znaky jak parazita, tak i predátora a přestavují tak vhodný modelový organismus pro studium rané evoluce skupiny Alveolata (Siddall et al. 2001; Leander et al. 2003a, b; Cavalier-Smith a Chao 2004; Adl et al. 2019). Apicomplexa (Levine 1970) zahrnují velký počet druhů parazitů suchozemských i vodních bezobratlých a obratlovců, včetně člověka. Výtrusovci obsahují významné původce humánních onemocnění, jakou je malárie, toxoplazmóza, babezióza nebo kryptosporidióza, jejichž genomy jsou hojně studovány. Tato skupina obligátních parazitů se vyvinula z fotosyntetizujícího předka a je úzce spjata s volně žijícími jednobuněčnými predátory (Oborník et al. 2011, Schrével et al. 2016). Hypotéza, že Apicomplexa jsou evolučně odvozena od mixotrofních řas, se poprvé objevila po sekvenování plastidového genomu zástupců rodu Plasmodium a jeho lokalizaci v kryptické, nefotosyntetizující organele zvané apikoplast (Gardner et al. 1991a; McFadden et al. 1996; Wilson et al. 1996). Apikoplast je plastid ohraničený čtyřmi membránami, odvozený od sekundárního endosymbiontu, který bezprostředně sousedí s Golgiho aparátem. Zástupci Apicomplexa vykazují velkou variabilitu morfologických znaků v závislosti na taxonu a stádiu životního cyklu. Všeobecně výtrusovce rozdělujeme na Aconoidasida (Mehlhorn et al. 1980); Conoidasida 14 TEORETICKÁ ČÁST (Levine 1988), které zahrnují Blastogregarinea (Chatton a Villeneuve 1936), Gregarinasina (Dufour 1828) a prakticky nejvýznamnější a evolučně nejvyspělejší linii Coccidia (Leuckart 1879); a dvě skupiny, Protococcidiorida (Kheisin, 1956) a Agamococcidiorida (Levine, 1979), s fylogeneticky nejistou pozicí v rámci Apicomplexa (Adl et al. 2019). Název Apicomplexa je odvozen od aparátu, který se nachází v přední části buňky parazita, tzv. apikální komplex, což je soubor organel charakteristický pro invazní, pohyblivá stádia výtrusovců (zoity) a sloužící k přichycení a invazi do hostitelské buňky. Souhrnný název zoit označuje různé typy invazivních stádií jako jsou sporozoit, merozoit, tachyzoit nebo bradyzoit (Chobotar a Scholtyseck 1982). Sporozoit představuje první fázi v životním cyklu výtrusovců v těle hostitele. Je výsledkem sexuálního procesu, během