Санкт-Петербургский Государственный Университет
Биологический Факультет

Кафедра Зоологии Беспозвоночных
Rus |

Ранняя эволюция микроспоридий

Наша команда:
Руководитель группы: Насонова Елена Станиславовна, к.б.н., старший научный сотрудник, nosema@mail.ru

Состав группы:
Фролова Екатерина Викторовна uroborospora@gmail.com
Паскерова Гита Георгиевна gitapasker@yahoo.com
Камышацкая Оксана Геннадьевна oksana.kamyshatskaya@gmail.com
Мезенцев Елисей Сергеевич limobestia@yandex.ru
Глотова Анна Андреевна glotova.anna@gmail.com
Гордецкая Ольга Юрьевна olgordya@gmail.com
Бондаренко Наталья Ивановна natalya.lannik@gmail.com
Смирнов Алексей Валерьевич polychaos@mail.ru

Кто такие микроспоридии, и зачем мы изучаем их раннюю эволюцию

Микроспоридии – широко распространенная и богатая видами группа облигатных паразитов, которые живут внутри клеток (а иногда даже в ядрах) животных и некоторых протистов. Эти уникальные паразиты сочетают в своей организации как высокоспециализированные, так и примитивные черты. Они проникают в клетки хозяев с помощью сложно устроенного аппарата экструзии, главный компонент которого – полярная трубка – в процессе заражения «выстреливает» из споры и инокулирует спороплазму (зародышевое начало) паразита внутрь клетки хозяина. В клетках микроспоридий многие типичные органеллы либо вообще отсутствуют (жгутики, лизосомы), либо сильно изменены (митохондрии, аппарат Гольджи), а обмен веществ у них сильно редуцирован. Арсенал генов, участвующих в метаболизме, у микроспоридий сильно сокращен, зато много самых разных транспортеров, с помощью которых паразиты получают АТФ, нуклеотиды, аминокислоты и другие необходимые вещества из клетки хозяина. Как результат, геномы микроспоридий имеют довольно маленький размер и весьма компактно организованы.

Вопрос о становлении и эволюционном развитии этой группы паразитов весьма важен для понимания основных закономерностей редуктивной эволюции клетки. Изучение этой проблемы поможет нам понять, что представляет собой «минимальная клетка эукариот» или, в более широком смысле, что такое «минимальная клеточная система».

Кроме того микроспоридии и их ближайшие родственники – розеллиды – весьма интересны с филогенетической точки зрения. Эти паразиты-минималисты находятся как раз на границе между протистами и грибами. Одни исследователи относят их к протистам, другие – считают их микологическими таксонами и учитывают в системах классификации грибов. Реконструкция эволюционного сценария происхождения грибов – один из интереснейших вопросов современной молекулярной филогении эукариот.


«Спора микроспоридии на распутье». Скетч Ольги Гордецкой, Изображение споры из Keeling P.J. and Fast N.M. 2002 Ann. Rev. Microbiol. 56: 93-116, с модификациями.

Помимо важного фундаментального значения, микроспоридии имеют огромное практическое значение, так как они вызывают болезни человека и многих хозяйственно важных видов животных (пчел, шелковичного червя, культивируемых креветок и крабов, промысловых пород рыб и т.д.), а также могут использоваться как регуляторы численности вредных насекомых.

Наши любимые объекты исследований и методы работы

Для того чтобы разобраться в происхождении и ранней эволюции микроспоридий, мы изучаем базальные группы этих паразитов, в частности, – мечниковеллид и розеллид. Мечниковеллиды – это гиперпаразиты, которые заражают грегарин, обитающих в морских червях. Мы изучаем биоразнообразие этой группы, морфологию этих организмов (иногда считающуюся примитивной, но не такой простой, как может показаться с первого взгляда), а также их запутанные филогенетические взаимоотношения.


«Четыре гиперпаразита на одного хозяина»: разнообразие мечниковеллид, обнаруженных в грегаринах из кишечника полихеты Pygospio elegans.

Особый интерес для нас также представляют микроспоридия-подобные организмы из группы розеллид и, в частности, внутриядерные паразиты амеб. Некоторые исследователи считают этих паразитов базальными микроспоридиями, другие же рассматривают их как самостоятельную, но близкородственную группу. Мы учимся изолировать эти организмы из природных местообитаний (большая часть их разнообразия в настоящий момент известна только благодаря метагеномным данным и последовательностям, полученным при выделении и секвенировании ДНК из окружающей среды). Мы пытаемся проникнуть в тайны их морфологической организации, поскольку не все структуры, наблюдаемые в их клетках, удается легко интерпретировать. Также мы наблюдаем за их развитием в клетке хозяина в режиме реального времени и стараемся понять, как именно они заражают клетку и потом быстро и эффективно пролиферируют в ней. Для получения подобных данных нам не обойтись без современных методов световой и конфокальной микроскопии высокого разрешения, а изучение тонкой морфологии невозможно без электронной микроскопии.

Одна из наших главных задач – проследить эволюцию этих групп, используя методы филогеномики и геномного анализа. Мы сравниваем геномы мечниковеллид и розеллид с геномами канонических микроспоридий и типичных эукариот, и пытаемся понять, как проходила редуктивная эволюция у этих организмов, какие преобразования претерпел их геном. Зачастую нам приходится работать с единичными клетками паразитов и/или зараженных хозяев, поэтому наши основные инструменты – полногеномная амплификация и методы геномики индивидуально изолированных клеток (single-cell genomics).

Ключевые публикации:

Yakovleva Y., Nassonova E., Lebedeva N., Lanzoni O,. Petroni G., Potekhin A., Sabaneyeva E. 2020. The first case of microsporidiosis in Paramecium. Parasitology. 147(9): 957-971. doi: 10.1017/S0031182020000633.

Gordetskaya O., Mesentsev Y., Kamyshatskaya O., Michel R., Walochnik J., Smirnov A. and Nassonova E. 2019. Real-time observations on the development of intranuclear parasite Nucleophaga amoebae (Rozellomycota) in the culture of Thecamoeba quadrilineata. Protistology 13 (4), 236–245. doi:10.21685/1680-0826-2019-13-4-6

Galindo L.J., Torruella G., Moreira D., Timpano H., Paskerova G., Smirnov A., Nassonova E., Lopez-Garcia P. 2018. Evolutionary genomics of Metchnikovella incurvate (Metchnikovellidae), an early branching microsporidium. Genome Biol Evol. 10(10): 2736-2748. doi: 10.1093/gbe/evy205.

Kamyshatskaya O., Mesentsev Y., Smirnov A., Michel R., Walochnik J., Nassonova E. 2018. Fine structure of Thecamoeba quadrilineata strain CCAP 1583/10 (Amoebozoa, Discosea, Thecamoebida), the host of Nucleophaga amoebae (Opisthosporidia). Protistology. 12 (4): 191-201. doi:10.21685/1680-0826-2018-12-4-4.

Paskerova G.G., Frolova E.V., Kovacikova M., Panfilkina T.S., Mesentsev Ye.S., Smirnov A.V., Nassonova E.S. 2016. Metchnikovella dogieli sp. n. (Microsporidia: Metchnikovellida), a parasite of archigregarines Selenidium sp. from polychaetes Pygospio elegans. Protistology 10: 148–157. doi:10.21685/1680-0826-2016-10-4-4.

Rotari Y.M., Paskerova G.G., Sokolova Y.Y. 2015. Diversity of metchnikovellids (Metchnikovellidae, Rudimicrosporea), hyperparasites of bristle worms (Annelida, Polychaeta) from the White Sea. Protistology. 9(1): 50-59.

Sokolova Y.Y., Paskerova G.G., Rotari Y.M., Nassonova E.S., Smirnov A.V. 2014. Description of Metchnikovella spiralis sp. n. (Microsporidia: Metchnikovellidae), with notes on the ultrastructure of metchnikovellids. Parasitology 141: 1108-1122. doi: 10.1017/S0031182014000420.

Sokolova YY, Paskerova GG, Rotari YM, Nassonova ES, Smirnov AV. 2013. Fine structure of Metchnikovella incurvata Caullery and Mesnil 1914 (Microsporidia), a hyperparasite of gregarines Polyrhabdina sp. from the polychaete Pygospio elegans. Parasitology. 140(7): 855-867. doi: 10.1017/S0031182013000036.

Площадки, на которых работает научная группа:
Кафедра зоологии беспозвоночных, Биологический факультет, СПбГУ
Лаборатория цитологии одноклеточных организмов, Институт цитологии РАН

Экспедиции:
Белое, Баренцево и Средиземное моря


Наши экспедиции, слева направо: сбор литоральных полихет (Левин наволок, Белое море), вид с Лоцманской скалы (Белое море), Г.Г. Паскерова и С.В. Багров в бухте Наговица (УНБ «Беломорская»), А. В. Смирнов в полевой лаборатории (УНБ «Беломорская»), Е.В. Фролова в экспедиции, вид на Дальний пляж в отлив (Биологическая станция ММБИ в поселке Дальние Зеленцы, Баренцево море)

Дружественные организации:
Кафедра цитологии СПбГУ;
Московский государственный университет;
Институт экологии Волжского бассейна РАН;
Медицинский университет Вены, Австрия;
Университет Париж-Юг, Франция;
Центр по изучению окружающей среды, рыбного хозяйства и аквакультуры, Уэймут, Великобритания


Наши поездки на конференции, слева направо: О.Ю. Гордецкая на конференции «Ломоносов» (апрель 2018), горячие будни на Европейском конгрессе по протистологии VIII ICOP (Рим, Италия, август 2019)

Если Вы хотите принять участие в работе нашей группы – пишите nosema@mail.ru

наверх