Vznik hematofágie a hlavní strategie hematofágů.
Bionomické, anatomické a fyziologické adaptace k
hematofágii.
Funkční morfologie hematofágů.
MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE
CZ.1.07/2.2.00/15.0204
Ektoparaziti savců
• ektoparaziti rostlin ale hlavně savců
• selektivní tlak na hostitele  u savců vždy
 u rostlin nemusí být
• savčí hostitel přispívá k přenosu parazitů (rostliny ne)
• imunologický systém savčího hostitele  mohutně vyvinutý obranný systém
 kontradaptace ektoparazita
Volně žijící hematofágové
• skoro 100% je Diptera
• malá hostitelská specifita (hostitel = zdroj potravy)
• velká mobilita (dobří letci)
• problémy s vyhledáváním hostitele - gonotrofický cyklus
• nasají zhruba 2x větší množství krve, než je jejich tělesná hmotnost
• nektarofagie  cukr slouží na pokrytí energetických nároků; ♂ většinou nektarofágní;
u ♀ je i autogenie kdy první snůška vajíček proběhne bez nasáni krve (stačí
nektar) (např. C. molestus)
Dočasní hematofágové
(většina života na hostiteli)
„rapid feeding“ „slow feeding“
• střední hostitelská specifita
• sají často a rychle
• většinu života na hostitelovi, ale
nejsou na něho bezpodmínečně
vázaní
• sají až několik dní
• úzce vázaní na hostitele, opouštějí ho
zřídka (např. k nakladení vajíček)
• dobře vybavení proti hemostatickým a
imunologickým mechanizmům hostitele
Hematofágové hnízd a nor
• Heteroptera (Cimicidae), Argasidae, blechy
• specifita určena především mikrohabitatem a mikroklimatem  do značné míry
polyxenní
• sání trvá minuty až hodiny
• přijmou cca 10x větší množství krve, než je jejich tělesná hmotnost
• vydrží dlouho bez hostitele
Trvalý ektoparaziti
• vši, všenky
• vysoká hostitelská specifita
• časté sání v malých dávkách
• krátká životnost mimo hostitele
• střední až nízká fekundita, protože to nejsou r - stratégové
Vznik hematofagie
Ektoparaziti vázaní na obratlovce
(měli sklon inklinovat k hematofágii)
Členovci živící se sekrety
Larvy vyvíjející se v trusu
Obyvatelé hnízd
Morfologické preadaptace
Entomofágní hmyz
Ústní ústrojí schopné proniknout pokožkou
(preadaptace k tomu aby se stali hematofágní)
• vyhledání hostitele
• nalezení a identifikace
potravy
• zablokování hemostáze
hostitele
• nasátí krve, ukončení sání,
trávení
• metabolismus
• reprodukce
 smyslové („appetitive“) hledání
 aktivace a orientace
 atrakce
V jednotlivých fázích může hematofág reagovat různě na stejný signál.
Vyhledávání hostitele
podle olfaktorických signálů, zrakem a podle teploty
 smyslové orgány především na tykadlech a palpách
 různá množství antenálních receptorů podle strategie parazita
10-20 56 2100 5000
(3 odlišné
neurologické
programy)
Smyslové („appetitive“) hledání
7:00 17:00
Aktivita
Vylíhnutí SH
Prodleva: vývoj gonád, dokončení sklerotizace (?)
Vnitřně řízená denní aktivita
V první den po
narození nemají žádné
vlastnosti hematofágů,
ty se začnou rozvíjet
až na druhý den.
Necílené poletování  vyšší šance narazit na hostitele
1
3
5
7
9
11
13
15
0
5
10
15
20
25
30
Odpověď na stimuli se zesiluje s časem (s „hladem“)
1
3
5
7
9
11
13
15
S1
0
5
10
15
20
25
30
Odpověď na stimuli se zesiluje s časem (s „hladem“)
Aktivace a orientace
• CO2
• kyselina mléčná (lactic acid = LA)
• aceton
• butanon
• oktenol
• látky v moči nebo v potu …
Parazit narazí na stimul a spustí se u něho program,
jak podle daného signálu najít hostitele…
Olfaktorické stimuly:
Vizuální stimuly: jiné spektrum vidění posunuto do UV oblasti  přitahuje je
černá a modrá barva
Aktivace a orientace
CO2
Emise CO2 (ml/min)
Rozmezíatraktivnosti(m)
100
Rychlá habituace signálem je změna koncentrace CO2 (ne
přímo samotný CO2)
0,05% rozdíl – vyvolává odezvu
0,01% rozdíl – elektrofyziologické odezvy na palpách
4,5%
0,3%
Zig-zag + negativní anemotaxe
Podle určování směru větru Optomotorická anemotaxe
(podle proudění vzduchu ale i optické koncentrace)
LA  hmyzu jsou specifické receptory na LA
Např. u komárů hormonálně kontrolovaná senzitivita LA+ a LA- (inhibičních) receptorů
na tykadlech (hormon z FB během oogeneze); hladový komár má zvýšenou citlivost
LA+ receptorů a naopak nasátý jedinec má citlivost nízkou nebo je úplně necitlivý.
LA- receptor je pořád konstantní.
Působení složek ve směsi (vyšší specifita).
Jak parazit zjistí kde je hostitel?
Atrakce – zrak, směs olfaktorických signálů, teplota
2,5 x 1,5 m
5 – 20 m
50 m
180 m
tvar, barva, kontrast
na krátké vzdálenosti - teplota
Tady se rozhodne jestli si sedne na hostitele nebo ne pokud něco „nesedí“
(např. teplota) nebo chybí.
Teplo
Přizpůsobení ústního ústrojí
(k tomu aby parazit krev našel a aby se k ní pak dostal)
Ústní ústrojí hmyzu
maxilla
Lacínie – součást sosáku
labium palpy
hypopharynx
Typy ústního ústrojí
a - kousací (brouci) b - bodavě-sací (komáři) c - lízavě-sací (mouchy) d - sací (motýli)
Heteroptera
maxilla
sal. gl.
labium
food
saliva
Anoplura
maxilla
labrum
food
saliva
Siphonaptera
Culicidae
Stomoxyidae
Culex proboscis
hlava samice
Anopheles stephensi
Anopheles proboscis
Aedes aegypti
Anopheles
Anopheles Culex
Culex Anopheles
Video:
https://www.youtube.com/watch?v=C8CKEBwPlY8
https://www.youtube.com/watch?v=hvsJX7AztTY
Ústní ústrojí muchniček
tvoří krátký bodavý
sosák
Simulidae
Tabanidae
Chrysops
Druhy s krátkým proboscisem používají ústní ústrojí na trhaní, čímž si vytvoří loužičku krvi na kůži
hostitele a krev si pak šplíchají pomocí labia do úst.
Druhy s dlouhým proboscisem sají krev obdobně jako komáři.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=7lBuVpFC7uI; https://www.youtube.com/watch?v=mbyM2mDDRBk
Tabanus bromius
T. lineolaTabanus sp.
Haematopota pluvialis
Musca
Ústní ustrojí Calliphoridae
Musca Stomoxys
Stomoxys
Doporučený zdroj: Harald W. Krenn, Horst Aspöck. 2012: Form, function and evolution of the mouthparts of
blood-feeding Arthropoda, Arthropod Structure & Development, Volume 41, Issue 2, 101-118;
10.1016/j.asd.2011.12.001; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1467803911001186
Glossina
Heteroptera
Triatoma infestans
Cimex lectularius
Video:
https://www.youtube.com/watch?v=81P4Dn4VNRo
https://www.youtube.com/watch?v=ZXHN5LK_YHU
Video: https://www.youtube.com/watch?v=i5iAMs-2uQI
maxilla
labrum
food
saliva
Siphonaptera
Pulex irritans
C. felisCtenocephalides felis
Phthiraptera - Anoplura Pediculus h. capitis
stylety
Pm - prementum
Video: https://www.youtube.com/watch?v=l-iyReTDc78
Ixodes
Video:
https://www.youtube.com/watch?v=-oXLL5JHBiw
Larvy Trombiculidae poškozují
epidermis, destruují slinami vazivo a
pohlcují tuto tkáň, čímž vznikají
ztvrdnuté kanálky, tzv. stylostomy.
Solenofágové
• mají jemné stylety a tak přesně a cílené
vnikají do cévy
• Culicidae, Phthiraptera
• přenášejí Plasmodium
Thelmofágové
• proniknou do tkáně, rozervou ji a do této oblasti
proudí krev z okolní tkáně, kterou sají
• Simulidae, Ixodidae, Tabanidae
• nepřenášejí Plasmodium, protože nesají z cévy
Hematofág má v hltanu receptory,
pomocí kterých zjišťuje jestli je krev
vyhovující.
Rozpoznává:
• ATP
• buňkovou složku
• osmolaritu
„Ochutnání“ hostitele
Sání – blokování hemostáze
„strech“ receptory
Hemostáze - antihemostatické látky ve slinách
• sání je často proces, během kterého
se vyvíjí silná odpověď hostitele,
zahrnující jak hemostatickou
(zastavující krvácení), tak i zánětlivou
složku
• dochází k reakci destiček a kolagenu,
co má za následek tvorbu ADP a
serotoninu  degranulace destiček 
vazokonstrikce a zastavení přívodu
krve do poškozené oblasti, tvorba
edému
• parazit se těmto mechanismům brání
sekrecí biologicky aktivních látek ze
slinných žláz
Přehled antihemostatik v slinných žlázách hemofága:
• hlavní složkou je apyráza, která brání produkci ADP a AMP a tím zabraňuje procesu srážení krve
• Culicinae: apyráza
• Phlebotominae: apyráza + EIS (erythema inducing substance) = vazodilatátor
• Triatominae: apyráza + antikoagulát, antitromboxanová a antihistaminová aktivita
Trávení krve
• hemolýza
• koncentrace
• trávení
Stavba trávicí soustavy
jícen vole
ústa slinné žlázy
laloky (caeca)
středního střeva
žaludek
malpighické žlázy
řitní otvor
zadní střevoperitrofická
membrána
Stomodeum
(přední střevo)
Mesenteron
(střední střevo)
Proctodeum
(zadní střevo)
Hmyz: extracelulární trávení
• proteázy – lipázy, glykosidázy
• sekrece proteáz do lumen mezenteronu
Proteázy
• endopeptidázy – štěpí uprostřed řetězce AK; přechází přes peritrofickou matrix do lumen
trypsin, chymotrypsin
• exopeptidázy – štěpí konec
aminopeptidázy – N-konec
karboxypeptidázy – C-konec
působí v ektoperitrofickém prostoru
Klíšťata: intracelulární trávení
• mezenteron se záhyby
• trávicí buňky vcestovávají do mezenteronu
• lysozomální enzymy
• ↓ volných proteáz  hostitelé pro ↑ patogenů
Epiteliální buňka
středního střeva
Modely sekrece hmyzích trávicích enzymů; (A) exocytotická sekrece, (B) apokrinní sekrece, (C) mikroapokrinní
sekrece s pučícími vezikuly, (D) mikroapokrinní sekrece s odštípanými vezikuly, a (E) modifikovaná exocytotická
sekrece v buňce středného střeva Heteroptera. BSV, pučící sekreční vezikula; CE, buněční extruze; DSV,
sekreční vezikula ohraničena zdvojenou membránou; GC, Golgi komplex; M, mikrovily; N, jádro, PMM,
perimikrovilární membrána; PSV, odštípaná sekreční vezikula; RER, drsné endoplasmatické retikulum; SV,
sekreční vezikula.
Sekrece u Heteroptera vykazuje speciální znaky. Sekreční vezikuly ohraničeny zdvojenou membránou pučí z
modifikovaných Golgi struktur (E), migrují na apikální konec buňky, jejich vnější membrány fúzují s mikrovilární
membránou, a jejich vnitřní membrány fúzují s perimikrovilárními membránami, a vypouštějí svůj obsah.
Peritrofická membrána
Organizace zažívacího traktu
stěna střeva
ektoperitrofický prostor
peritrofická membrána
endoperitrofický prostor
• peritrofická matrix – vrstva vylučovaná z mezenteronu
• chitinové mikrovlákna, specifické proteiny vnořené do proteoglykanové matrix
• semipermeabilní – peptidy a menší proteiny ní prochází
• funkce – ochrana mikroklků, antimikrobiální, antiparazitární, rozdělení fází trávení – různé pH
a enzymy, ochrana před kyslíkovými radikály (ROS) – vznik při trávení Hb
TYP 1 je syntetizovaná celým epitelem mezenteronu; univerzálnější u většiny hmyzu;
tvořená jen po nasátí přičemž po pár hodinách se rozpadá (dospělý komár).
TYP 2 je produkovaná specializovanými buňkami předního konce mezenteronu u
kardiakální valvy a obrůstá střevo zevnitř; utvořená od vylíhnutí (larvy komárů).
Bodalka pouští nejdříve krev do divertikula (kým se jí nevytvoří PM 2) až pak je rezistentní vůči
trypanosomám. PM pak zůstává celý život.
peritofická matrixkomár
housenka
• významní role peritrofické membrány (PM)
• póry na PM jsou různě velké = druhovo
specifické (molekuly tímto sítem projdou)
• někteří hematofágové vůbec nemají PM
• do určité míry zadrží přechod parazitů do
těla vektoru
Trávení krve
• hemolýza
• koncentrace
• trávení
Hematofág saje pomocí pump:
A) cibariální pumpa (v hlavě)
B) pharyngeální pumpa
Zároveň musí rozbit erytrocyty:
1. fáze  mechanická pomocí cibariálních
armatur (trubice se sklerotizovanými
zuby před kardiakální vulvou)
2. fáze  chemická (hemolýze, štěpení
rozbitých erytrocytů pomocí
hemolyzinů v zažívacím traktu)
(a) Laterální aspekt hlavy samice Anopheles cibarium
a pharynx; (b) dorzální aspekt cibaria
u rodu Anophles; (c) dorzální aspekt hlavy
samice rodu Culex - cibárium a pharynx.
Trávení krve
• hemolýza
• koncentrace
• trávení
Zbarvení vody
• voda je odváděna z mezenteronu do hemolymfy
• je to řízeno diuretickým hormonem, který způsobuje aktívní pumpování iontů
• z hemolymfy je dále odváděna do Malpigických trubic, pak dále do proctodea a ven z těla
• u Argasidů je voda pumpována z mezenteronu do koxálních žláz
• u Ixodidů do slinných žláz a pak zpět do hostitele (regurgitace)
koxálni žlázy regurgitace
AA- agranulární acinus
GA - granulární acinus
SP – ductus
• 2 dominantní enzymy – trypsín a chymotrypsín
• syntéza enzymů musí byt kontrolovatelná
 syntéza enzymů a přímé pouštění do střeva
 RNA syntéza pro daný enzym a až v případe potřeby nastává samotní syntéza enzymu
A) dávkovací systém (Culicinae)
• celé střevo je naplněno krví a do trávení je
zapojena cela jeho plocha
• jsou tam speciální buňky produkující enzymy
• zároveň tam probíhá absorpce
Trávení krve
• hemolýza
• koncentrace
• trávení
dávkovací („batch“) systém vs. kontinuální systém
B) kontinuální systém (Triatominae)
• přední část střeva (vole) funguje jako
zásobáren krvi a jeho zadní část slouží na
trávení
• krev se pomalu uvolňuje a tráví
trypsin
cathepsin
vnitrobuněčné trávení
tukové těleso
ovária
corpora allata
mezenteron
• obvykle viscerální a periferní
• pokryté basální membránou
• syntéza + skladování (lipidy, cukry, proteiny)
• energetický motor
• produkce vitelogeninu (výživní látka pro ovaria)
FB
JHEkdys.
Nesaje
krev krev
reset
FB, ovária, NS, střevo
corpora allata
FB
Koncentrace
AMK ve střevě
(?)
Neurosekretorní
buňky mozku
ovária
Ekdyson
Protorakální žlázy,
někdy v abdomenu
vitellogenin
Dokončení
morologických a
anatomických
změn
JH
JH esteráza
střevo
cukry
difuze
Tukové těleso
Létací svaly
hemolymfa
trypsin
aktivní transport
ovária
glykogen
trehaloza
vitelogenin
prolin
primární symbionti
doplnění vitaminů B u hematofágů živících se výhradně krví
Nejsou tam, kde se larvy živí neparaziticky.
Nejužší vztah se
symbiontami u Triatominae;
volně v lumenu střeva mají
Nocaridie (přenos přes
vnější prostředí)
Krev obratlovců není plnohodnotným zdrojem potravy pro hematofágy, hlavně není
zdrojem všech vitaminů (obzvlášť B vitaminů).
Cimicidae - mycetomy
jsou kompaktní
samostatné útvary.
Glossinidae mycetomy
jsou jako
ztluštěniny ve střevě.
Buňky obsahující symbiotické bakterie se nazývají mycetocyty. Vyskytují se hlavně
v tukovém tělese, střevě a gonádách a jejich agregací vznikají mycetomy.
Anoplura - variabilní
uspořádání mycetomů,
morfologická variabilita
symbiontů.
Komplikovaný,
hormonálně řízený
přenos symbiontů z
mycetomů do ovárií.
Hyppoboscidae
Nycteribiidae
U většiny ostatních jde o
vnitrobuněčné symbionty s
transovariálním přenosem
Wigglesworthia glossinidia
• bakterie žijící ve střevě tse-tse mouchy
• mutualistický vztah, díky kterému ztratila
část genomu (jeden z nejmenších
známých genomů živých organizmů)
Permanentní
mutualistické spojení
„Arthropod-borne“
patogeny
Patogeny a komenzályVztahy mezi
členovci a
intracelulárními
bakteriemi
Mutualista
Mutualista
Mutualista
Primární endosymbionti: kospeciace hostitel-symbiont
Homoptera
mravenci
tse-tse mouchy
šváby
vši?
Schizaphis graminum
Rhopalosiphum padi
R. maidis
Acyrthosiphon pisum
Diuraphis noxia
Uroleucon sonchi
U. rurale
Myzus persicae
Chaitophorus viminalis
Mindarus kinseyi
Pemphigus betae
Melaphis rhois
Schlechtendalia chinensis
E. coli
Buchnera
150-200 MY
podobné schema Glossina + Wigglesworthia
• nejprostudovanější P-symbiont u hematofágního hmyzu
• uložen v mycetomech vytvořených ve střevní stěně
• přenos přes mléčné žlázy
Escherichia - 4,5 Mb
Sodalis - 2 Mb, plasmid - 134 kb
Wolbachia - 1.6 Mb
Wigglesworthia - 740 kb
Buchnera - 640 kb
Mycoplasma genitalium - 500 kb
Redukce genomu
E. coli
4.5 -5.5 Mb
Buchnera 1
630 kb
Buchnera 2
643 kb
Buchnera 3
643 kb
Buchnera 4
643 kb
Vznik
symbiozy
100-200 Mya
50-70 Mya
5 Mb
1. Rychlá redukce 2. Stabilní velikost genomu
Geneticky homogenní populace;
žádní příjem nových genů
• linie jednoho hostitele
• konstantní mutualistický
životní styl
Stály soubor fyziologických
vlastností