ПОДОТРЯД TRYPANOSOMATINA KENT, 1880
/ — цитостом, 2 — жгутиковый карман, 3 — сократительная вакуоль
Подотряд объединяет исключительно паразитические виды, обладающие хорошо развитым кинетопластом и одним жгутиком.
Включает только одно семейство.Семейство Trypanosomatidae (Doflein, 1901)
G г о b b е n, 1905
Жгутиконосцы, относящиеся к этому семейству, используют в качестве хозяев позвоночных и беспозвоночных животных. Представители одного рода паразитируют в растениях.
Жизненные циклы, трипанозоматид могут протекать как с участием одного, так и с участием двух хозяев. К первым относятся так называемые моногенетические виды, обитающие в пищеварительной системе различных беспозвоночных животных (главным образом насекомых). Новые хозяева заражаются контаминатив- ным способом при поедании цист, выделяемых во внешнюю среду с фекалиями.
Вторые — дпгенетическне виды — поселяются в плазме крови или внутри отдельных клеток позвоночных животных. Передача паразита от одного хозяина к другому происходит с помощью переносчиков. Функции последних выполняют кровососущие беспозвоночные (насекомые или пиявки), у которых жгутиконосцы обитают в органах пищеварительной системы. Заражение главного хозяина при этом может осуществляться как коитамииатшшым. так н ішокулятішпым способом (с. 10). К дигенетическим видам относятся и паразиты растений.
Характерная особенность трипанозоматид — их удивительная нолиморфность: один и тот же вид на разных этапах своего жизненного цикла представлен весьма непохожими друг на друга формами.
Морфология и физиология
Морфологическое разнообразие жгутиконосцев сем. Trypanoso- matidae определяется несколькими главными признаками: формой клетки, положением кинетосомы и кинетопласта относительно ядра и наличием или отсутствием ундулирующен мембраны (с. 39). Существует несколько типов строения клетки трипанозоматид — форм, отличающихся именно по этим признакам.
Долгое время (до 19G6 г.) в научной литературе выделяли четыре такие формі,і, которые получили название в соответствии с отдельными родами семейства (см. ниже). Однако накопление новых данных об их тонком строении и изменение некоторых родовых названий создали необходимость в выработке новой системы, которая и была предложена С. Гоаром и Ф. Уоллесом (Ноаге and Wallace) '. В настоящее время большинство исследователей выделяют семь основных морфологических типов или форм этих жгутиконосцев (рис. 14).Трипомастиготная форма — трипомастигота (по старой классификации трипапозомная форма) характеризуется наличием удлиненного и заостренного на концах тела. Кпнстопласт и кинетосома располагаются позади ядра, ближе к заднему концу клетки. Жгутик проходит внутри короткого жгутикового кармана, а затем по краю ундулирующей мембраны направляется вперед (рис. 14, 15, А).
Эпимастиготная форма — эпимастигота, ранее обозначавшаяся как критидиальная, отличается от трипомастиготы тем, что кине- [1] топласт и кинетосома сильно смещаются вперед и располагаютъ непосредственно перед ядром. Жгутик также проходит сначал, внутри неглубокого жгутикового кармана, а затем по краю унду лирующей мембраны, которая соответственно значительно короче чем у предыдущем формы (рис. 14, 15, Б).
і
і
У остальных форм упдулпрующеП мембраны ист. Оппстомастн годная форма — опнстомастигота внешне напоминает трипомасти
і
Рис. 14. Схема строения морфологических форм трипанозоматид и их распределение по родам (по Гоару с измен.)готную. Как и у последней, кинетосома и кинетопласт расположе ны почти терминально в задней половине тела. Жгутик проходит внутри длинного жгутикового кармана, который тянется вдолі всей клетки и открывается наружу лишь па переднем копне последней (рис. 14). До появления электронно-микроскопически* исследований, позволивших точно установить отсутствие ундули- рующей мембраны у опистомастигот, они относились к трипано 30МН0Ґ1 форме.
Промастпготная форма — промастигота (рис.
14), также обла дает удлиненным телом. Кинетопласт и кинетосома локализуются у переднего конца клетки. Жгутик выходит через относительно короткий жгутиковый карман, открывающийся терминально. В старой системе эта форма называлась лептомонадной.Амастиготная форма — амастигота (бывшая леншманиальиая) характеризуется, как правило, очень небольшими размерами и округлым или овальным телом. Свободный жгутик всегда отсутствует (рис. 14).
Сферомастиготная форма — сферомастигота внешне очень напоминает амастпготу. Отличие заключается лишь в том, что имеется короткий свободный жгутик. Сферомастиготная форма по сути дела лишь промежуточная стадия между промастиготой и ама- стиготой.
Хоаномастиготная форма (хоаномастигота) имеет овальное или грушевидное тело, передний конец которого несет очень широкий жгутиковый карман (рис. 14). Стенки его становятся тонкими и превращаются в своеобразный «воротничок». Кинетопласт и кине-
Рис. 15. Строение трипанозом. А — схема строения трипомастиготной фо|>- мы Trypanosoma congolense; Б — схема строения эпимастиготиой формы Trypanosoma brucei brucei (по Виккерману):
/ — жгутик, 2 — ядро, 3 — аппарат Гольджи, ■/ — шероховатый эндоретикулюм, 5 — параксиальный тяж, 6 — аксонема. 7—жгутиковый карман, 8 — кннстосома, 9 —кн- нетопласт, 10 — гладкий ретикулюм, // — митохондрия, 12 — микротрубочки, 13 — уидулирующая мембрана
тосома располагаются в передней половине клетки. Последние две формы не имеют аналогов в старой системе.
Размеры трипанозоматид колеблются от 2—4 до 50—60 мкм. Клетка трипанозоматид одета поверхностной мембраной. У стадий, обитающих в кровяном русле и тканях позвоночных животных, снаружи имеется еще один тонкий слой (до 15 нм) из бесструктурного материала, который целиком покрывает всю клетку и жгутик. Он, по-видимому, имеет белковую природу и содержит антигены, вызывающие образование антител у хозяина. У жгутиконосцев, паразитирующих в пищеварительной системе беспозвочных или содержащихся в культуре, этот слой отсутствует.
Непосредственно под поверхностной мембраной располагаются многочисленные тонкие трубочки (микротрубочки) (рис.
15). Последние тянутся от переднего конца клетки к заднему. В средней части клетки располагается крупное пузырьковидное ядро.Локомоторный аппарат трипанозоматид представлен жгутиком, кинетосома которого у разных форм занимает рдвличное положение в клетке (с. 36). Проксимальный конец жгута проходит внутри жгутикового кармана. По выходе из последнего у трипомасти- гот и эпимастигот жгутик направляется к переднему концу тела, располагаясь по свободному краю так называемой ундулирующей мембраны. С помощью электронного микроскопа было показано, что на всем своем протяжении жгутик нигде не «срастается» с телом жгутиконосца, а лишь плотно прилегает к поверхностной мембране. Возможно, что достаточно прочное соединение жгутика с поверхностью тела обеспечивается, во-первых, наличием бесструктурного слоя, о котором уже говорилось выше, и, во-вторых, десмосомоподобными образованиями, расположенными друг против друга под мембраной жгутика и мембраной самой клетки. Во время своего движения жгутик как бы вытягивает за собой несколько продольных складок на поверхности клетки, которые в совокупности и составляют «ундулирующую мембрану». Длина жгутика у разных видов варьирует: иногда он заканчивается у переднего конца клетки (рис. 15, А), иногда же продолжается вперед в виде свободной нити (см. рис. 16). На протяжении той части жгутика, которая прилегает к поверхностной мембране клетки, вдоль аксонемы тянется особый параксиальный тяж (рис. 15).
В тесной связи с кинетосомой находится кинетопласт, под сйе- товым микроскопом имеющий вид небольшого овального или палочковидного тельца (см. рис. 22). Это составная часть очень сложно устроенного митохондриального аппарата клетки. Кинетопласт представляет собой небольшую капсулу, в которой располагается рыхлая фибриллярная масса, образованная большим количеством молекул ДНК, близких по природе к митохондриальной ДНК- Именно эта фибриллярная масса и соответствует тому ярке окрашивающемуся тельцу, которое так хорошо видно в световой микроскоп.
У некоторых представителей р. Trypanosoma кроме нормальных трипомастн- гот встречаются и так называемые акинетопластические формы, т.
е. лишенные кинетопласта. В этом случае у жгутиконосцев отсутствует только оформленная ДНК-содержащая масса, тогда как капсула сохраняется.От кинетопласта берут начало выросты гигантской трубчатої" митохондрии (рис. 15, А, Б). Превращение одной формы трипано зоматид в другую сопровождается перемещением кинетосомы і кинетопласта, что влечет за собой и изменение конфигурации мито хондрии. Эти морфологические преобразования сопровождаются не менее серьезными функциональными перестройками. Последние
в свою очередь, тесно связаны с изменением среды обитания жгутиконосцев на разных этапах их жизненного цикла. Это отчетливо проявляется у дигснстических трнпанозоматид, в частности, у представителей р. Trypanosoma, которые у позвоночного животного чаще всего паразитируют в кровяном русле, а у переносчика — в пищеварительной системе.
Сравнительно простая трубчатая митохондрия трнпомастпготы, обитающей в крови позвоночного животного, находится в неактивном состоянии и называется промитохондрней. Слабо выраженные кристы в ней либо совсем отсутствуют, либо имеются в небольшом количестве. Не выявляется и активность дыхательных ферментов (ферменты цитохромной системы, днафоразы). Превращения глюкозы—основного пищевого вещества жгутиконосцев, по-видимому, осуществляются двумя способами. Паразиты используют как пен- тозо-фосфатный, так и гликолитический путь. Во втором случае конечные продукты гликолиза образуются в большом количестве п в дальнейшем не используются организмом. Это, несомненно, говорит об отсутствии или неактивном состоянии ферментов цикла Кребса, также топографически связанных с митохондриями.
Существование у трипанозом столь неэкономичного типа обменных процессов можно объяснить лишь тем, что в среде их обитания— плазме крови—-углеводы, необходимые паразиту, присутствуют в количестве, более чем достаточном для удовлетворения его пищевых потребностей. Картина резко меняется, когда трипанозо- мьі из кровяного русла попадают в переносчика, чаще всего кровососущее насекомое.
В большинстве случаев они заселяют органы пищеварительной системы. Питание хозяина кровью обусловливает возникновение в его кишечнике совершенно специфических условий, к которым паразитам приходится приспосабливаться. Во-первых, перерывы между двумя приемами пищи могут быть весьма значительны; во-вторых, кровь, как правило, быстро переваривается и усваивается хозяином, так что в среде, окружающей жгутиконосцев, резко снижается содержание пищевых веществ, в том числе и углеводов. Недостаток последних заставляет паразитов «расходовать» их более экономно, что, в свою очередь, требует существенной физиологической перестройки, в основе которой лежит превращение промитохондрии в активно работающую митохондрию.Начало этого процесса наблюдается у трнпомастигот, еще находящихся в крови позвоночного животного, но уже инвазионных для переносчика. В их митохондриях идет образование крист и выявляется ферментативная активность. У жгутиконосцев, попавших в кишечник переносчика, митохондрия, одновременно с перемещением кинетопласта, разрастается, принимая вид сети, пронизывающей всю цитоплазму клетки. У эпимастигот некоторых видов трипанозом (например, Trypanosoma brucei, поселяющихся в слюнных железах переносчика) митохондрия достигает наибольшего развития (рис. 15, Б). Расщепление глюкозы паразитом осуществляется оксидативным путем по циклу Кребса, обеспечивающим; максимальный выход энергии.
Во всех этих морфологических и физиологических превращай их важная роль принадлежит ДНК кннетопласта, под контролек которой, по-видимому, находится синтез ферментов цикла Кребс: и цитохромной системы дыхания.
Рнс. 16. Схема расположения цитостома у Trypanosoma гаіае (по Престону):
I — жгутиковый карман, 2 — трубчатое впячнванне цитостома
Питание трипанозоматид осуществляется двумя различным: способами. Частично поглощение пищевых веществ идет путем об разовапия ппиоцптозпых вакуолей. Процесс этот так или нначі связан со жгутиковым карманом. В наиболее примитивных случая; пиноцитозные пузырьки формируются вдоль стенок последнего В этой связи следует отметить обнаруженную в полости жгутикового кармана высокую активность кислой фосфатазы — фермента, играющего важную роль в процессах усвоения пищевых веществ. У некоторых же видов описан настоящий клеточный рот, также расположенный в жгутиковом кармане. От пего берет начало трубчатое впячпваппс,уходящее в глубь эндоплазмы (рис. 16).
Иногда цитостом используется паразитом и для настоящего фагоцитоза. В первую очередь это, по-видимому, свойственно амастигот- пым внутриклеточным стадиям развития трипанозоматид. Они за глатывают цитоплазму пораженной ими клетки. Наряду е пішо- і фагоцитозом жгутиконосцы способны к активному транспорту пн щевых веществ через поверхностную мембрану. Это показано, на пример, для глюкозы и некоторых других моносахаридов.
В эндоплазме трипанозоматид можно обнаружить типичны; набор клеточных органоидов (см. рис. 15, А, Б).
Размножение
Все представители сем. Trypanosomatidae размножаются тольк бесполым путем, в основе которого лежит, как и у других жгутике носцев, продольное деление. Чаше всего клетки делятся надйо (рис. 17, А). Первым делится кинетопласт, в котором до этого зг вершаются синтез и репликация ДНК. Рядом с дочерним кинете пластом начинает формироваться новый жгутик. В этот же перво митотически делится ядро. Разделение цитоплазмы начинается переднего конца клетки.
Наряду с простым делением надвое у трипанозоматид часто п: блюдаются очень разнообразные формы множественного делепн:
Б одних случаях та или иная форма одновременно дает начало нескольким одинаковым по своему строению особям (рис. 17, Б. В). В других же случаях такое множественное деление может быть «неравномерным»: возникающее розетковидное скопление клеток содержит различные морфологические формы, например эпимастн- готные и промастиготные (рис. 17, Г). Сходная «неравномерность» наблюдается и при делении надвое. Крайние формы неравномерного деления внешне напоминают процесс почкования (рис. 17, Д).
Рис. 17. Размножение трипанозоматид. А — Простое равномерное деление надвое Trypanosoma ѵіѵах; Б — множественное равномерное деление амастиготных форм Trypanosoma гарі-, В — множественное равномерное деление промастиготной формы Phytomonas elmassiani;
Г — множественное неравномерное деление эпимастиготной формы Trypanosoma lewesi-, Д — неравномерное деление эпимастиготной формы Blastocrithidia familiaris с образованием амастигот (Л — по Гоару; Б — по Дэвису, В, Д — по Виккерману, Г — из Гоара)
Про- и эпимастиготные формы отделяют от себя таким путем амастигот, которые некоторое время остаются связанными с материнской клеткой. Они по одиночке или гроздьями прикреплены к жгутику последней.
Встречающиеся в старых работах данные о половом процессе у трипанозоматид были опровергнуты серией специальных экспериментальных работ, показавших, что обмен генетической информацией у этих жгутиконосцев отсутствует.
В этой связи заслуживают упоминания исследования, показавшие, что на определенных стадиях жизненного цикла Тг. сгигі жгутиконосцы образуют иногда довольно значительные скопления. При этом происходит не просто агглютинация клеток, а слияние их цитоплазмы. По мнению авторов, описавших это явление (Brener; Deane a. Milder), при последующем обособлении отдельных клеток от общей массы может происходить перераспределение ДНК-содержащих органоидов — ядер и кинетопластов. Весьма вероятно, что в результате этогс возникает определенный генетический эффект, в какой-то мере компенсирующий отсутствие настоящего полового процесса.