Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменчивость гуморального иммунного ответа в популяциях грызунов

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мак, Виктория Витальевна, Новосибирск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ СИСТЕМАТИКИ И ЭКОЛОГИИ ЖИВОТНЫХ

На правах рукописи

Мак Виктория Витальевна

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГУМОРАЛЬНОГО ИММУННОГО ОТВЕТА В ПОПУЛЯЦИЯХ ГРЫЗУНОВ

03.00.08. - зоология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -доктор биологических наук М. П. Мошкин

Новосибирск - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................10

1.1. Структурно-функциональная организация иммунной системы и методы оценки гуморального иммунного ответа..............................10

1.2. Изменения иммунного статуса при сезонных и многолетних

колебаниях численности грызунов........................................................14

1.3. Факторы популяционной динамики и их возможное влияние на иммунитет..................................................................................................24

1.3.1. Климат и питание...........................................................................26

1.3.2. Демография....................................................................................27

1.3.3. Стресс.............................................................................................29

1.3.4. Агрессивность................................................................................31

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.................................................38

2.1. Краткое описание района исследований......................................38

2.2. Отлов и учет численности................................................................38

2.3. Общая схема тестирования животных...........................................39

2.4. Условия содержания животных...................................................... 40

2.5. Взятие проб крови...............................................................................40

2.6. Исследование агрессивной реакции на социальный конфликт.42

2.7. Определение иммунного ответа на чужеродный антиген..........42

2.8. Определение возраста и реподуктивного состояния...................44

2.9. Определение концентрации глюкокортикоидов в плазме крови.45

2.10. Статистическая обработка результатов.......................................46

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ....................................48

3.1. Динамика численности и демографическая структура по-

пуляций......................................................................................................48

3.1.1. Красная полевка.............................................................................48

3.1.2. Рыжая полевка................................................................................51

3.1.3. Красно-серая полевка.....................................................................56

3.1.4. Полевая мышь................................................................................593.2. Изменчивость показателей гуморального иммунного ответа. . 63

3.2.1. Красная полевка.............................................................................63

3.2.2. Рыжая полевка................................................................................66

3.2.3. Красно-серая полевка.....................................................................71

3.2.4. Полевая мышь................................................................................75

3.3. Изменчивость адренокортикальной активности..........................78

3.3.1. Красная полевка.............................................................................76

3.3.2. Рыжая полевка................................................................................77

3.3.3. Красно-серая полевка.....................................................................80

3.3.4. Полевая мышь................................................................................84

3.4. Изменчивость агрессивного поведения........................................86

3.4.1. Красная полевка.............................................................................86

3.4.2. Рыжая полевка................................................................................88

3.4.3. Красно-серая полевка.....................................................................88

3.4.4. Полевая мышь................................................................................90

3.5. Взаимоотношения изменчивости показателей иммунитета, стресса и агрессивности.........................................................................90

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ........................................................100

ВЫВОДЫ.................................................................................................108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................109

ВВЕДЕНИЕ

Спорадические подъемы заболеваемости диких животных, принимающие в отдельные годы характер эпизоотий, хорошо известное явление, которое до настоящего времени остается во многом загадочным и, как правило, непредсказуемым. Такое положение дел во многом объясняется недостаточной изученностью экологических закономерностей изменчивости иммунного статуса, как ведущего звена, обеспечивающего сопротивляемость организма болезням (Lochmiller, Dabbert, 1993). Изучение иммунорезистентности имеет значение не только для прогнозирования эпизоотий в популяциях мелких млекопитающих, но и для оценки вклада этих популяций в динамику эпидемической активности природных очагов инфекций (Мошкин и др., в печати). В частности, мелкие млекопитающие имеют исключительное значение для циркуляции возбудителей таких болезней, как клещевой энцефалит, туляремия, омская геморрагическая лихорадка, геморрагическая лихорадка с почечным синдромом, чума и многих других (Дунаева, 1963; Харитонова, Леонов, 1978). С другой стороны, исследование экологических основ изменчивости иммунитета создает предпосылки для разработки новых подходов к мониторингу и прогнозированию состояния природных популяций животных, имеющих важное биоценотическое и хозяйственное значение.

В настоящее время выделяют три основные системы иммуногенеза: конституциональную, фагоцитарную и лимфоидную (Бойд, 1969; Румянцев, 1983; Grossman, 1985). Именно лимфоидный иммунитет в наибольшей степени подвержен модифицирующему влиянию различных факторов среды, с которыми сталкивается животное в течение своей жизни.

До недавнего времени практически не было данных об изменениях иммунного статуса в природных популяциях животных, основанных на прямом определение показателей индуцированного иммунитета. Косвенные же оценки, такие как измерение массы иммунокомпетентных органов, довольно трудно интерпретировать с позиций иммунорезистент-ности. Вместе с тем, работы, выполненные на традиционных экспериментальных объектах (лабораторных мышах и крысах), позволяют предполагать, что такие параметры популяционной динамики, как демография, размножение, давление факторов стресса, способны повлиять на механизмы индуцированного иммунитета животных. Так, многочисленные литературные данные свидетельствуют о том, что пол существенным образом отражается на иммунной реактивности организма (Batcher, Chapman, 1965; Altura, 1976; Cohn, 1979; 1986). Хорошо обосновано возрастное угнетение иммунной системы (Дильман, 1986). Существенное влияние на иммунный статус молодых животных оказывает не только календарный возраст, но и нейроэндокринные перестройки, обусловленные половым созреванием и репродукцией. В частности, хорошо известно иммуносупрессивное действие половых стероидов (Хип, Флинт, 1987; Никоненко, Зеленская, 1991; Wiger, 1977). В последние годы феномен возрастного изменения иммунного статуса широко обсуждается при рассмотрении механизмов популяционной динамики мелких млекопитающих (Lochmiller, Dabert, 1993; Boonstra, 1994). Вместе с тем прямые исследования взаимозависимости иммунитета и демографии в природных популяциях млекопитающих практически отсутствуют.

Другим важным иммуномодулирующим фактором служит стресс. Известно, что глюкокортикоиды, повышенная секреция которых является непременным атрибутом неспецифического адаптивного синдрома, способны подавлять реакции клеточного и гуморального иммунитета

(Коренева, Шхинек, 1988; Savino, Dardenne, 1995), чем, по-видимому, и объясняется иммуносупрессивный эффект различных стрессирующих воздействий (Соловьев, 1994; Hayashi, Kikuchi, 1989; Goundasheva, 1994). Все это послужило основанием для предположения о том, что активация механизмов неспецифической адаптивной реакции, вызванная, например, внутривидовой агрессией, приводит в конечном итоге к снижению иммунореактивности животных (Christian, 1963; Lochmiller, Dabbert, 1993). Однако супрессивное действие механизмов стресса проявляется либо при значительных по силе и продолжительности неблагоприятных воздействиях на организм. Поэтому, несмотря на убедительное экспериментальное обоснование роли стресса в регулировании иммунного статуса, остается невыясненным достигает ли уровень стрессированности животных в природных популяциях тех значений, при которых механизмы неспецифической адаптивной реакции оказывают реальное влияние на иммунную систему.

Исключительно важную роль в формировании пространственно-этологической структуры популяции играет внутривидовая агрессия (Шилов, 1977; Панов, 1983). На примере многих видов грызунов показано, что такие важнейшие показатели приспособленности самцов, как размеры индивидуального участка, запаховая привлекательность для самок, наконец, общий репродуктивный успех, находятся в прямой зависимости от их агрессивности (Rosenfeld et al., 1987; Evsikov et al., 1995; Gerlinskaya et al., 1995). Анализ литературных данных показывает, что представления о взаимозависимости агрессивного статуса и иммунореактивности противоречивы. Ряд авторов (Альперина, Павина, 1996) показали, что приобретение опыта побед в экспериментальных конфликтах

If V-* II KJ

ведет к повышение иммунореактивности, а тяжкии груз поражении к ее снижению. С другой стороны, склонность к проявлению агрессии воз-

растает при повышенной секреции тестостерона (Науменко и др., 1983; Мошкин и др., 1984; Brain et al., 1980), который, как известно, обладает иммуносупрессивным эффектом (Корнева, Шхинек, 1988; Grossman, 1985). Это обстоятельство позволяет ожидать меньшую иммунореактив-ность и повышенную восприимчивость к инфекциям у агрессивных особей по сравнению с субмиссивными, что и было подтверждено в экспериментах на самцах домовых мышей (Smith et al., 1996).

Цель и задачи исследования.

Целью работы было исследование внутрипопуляционных факторов изменчивости гуморального иммунного ответа в природных популяциях красной полевки {Clethrionomys rutilus, Pallas), рыжей полевки (CI. glareolus, Schreber), красно-серой полевки (CI rufocanus, Suridevall) и полевой мыши (Ар. agrarius, Pallas).

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1) проанализировать изменения иммунного статуса особей в циклах численности популяций; изучить вклад демографических факторов в изменчивость реакции гуморального иммунитета;

2) выяснить взаимосвязь между внутривидовой изменчивостью иммунореактивности и адренокортикальной функцией, отражающей етрессированность животных;

3) установить характер иммуномодулирующих эффектов агрессивного статуса самцов.

Научная новизна. Впервые проанализированы экологические факторы изменчивости гуморального иммунитета в природных популяциях грызунов. При этом установлено, что реальный вклад в изменчивость иммунореактивности вносят лишь некоторые из потенциально значимых иммуномодулирующих факторов внутрипопуляционной природы: процесс созревания и вступление в размножение молодых особей вызывает

подавление иммунитета у всех исследованных видов; агрессивность обладает иммуномодулирующим свойством, но по разному отражается на реакции гуморального иммунитета у разных видов; отрицательная коррелятивная связь иммунореактивности со стрессированностью отмечена лишь у самцов полевой мыши. Впервые экспериментально обосновано, что именно тесная связь иммунитета и демографических процессов предопределяет характер сопряженной изменчивости популяционной плотности и состояния механизмов гуморального иммунитета у грызунов. Минимальный иммунный ответ наблюдается в сезоны с максимальными темпами вовлечения сеголеток в воспроизводство.

Научно-практическая ценность. Выяснение зависимости иммунного статуса животных от демографических процессов, развивающихся в популяционном цикле, создает основу для новых подходов к мониторингу и прогнозированию состояния природных популяций животных. Для изученных нами видов ценность такого прогноза определяется их важным биоценотическим и хозяйственным значением, которое определяется тем, что грызуны являются переносчиками возбудителей ряда опасных природно-очаговых заболеваний (клещевого энцефалита, болезни Лайма, туляремии, геморрагической лихорадки с почечным синдромом и т.д.). Кроме того, они участвуют в поддержании природных очагов этих инфекций и, следовательно вносят вклад в формирование циклических изменений их эпидемической активности. Зависимость иммунореактивности от вовлечения особей в воспроизводство представляет также интерес для планирования работ, связанных с ограничением численности грызунов - переносчиков возбудителей инфекционных болезней. Материалы работы используются при чтении лекций по Экологической физиологии в Новосибирском государственном университете.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на 5 и 6 Международных конференциях "Rodens & Spatium" (Марокко, 1995; Израиль, 1998), 6 Всероссийском симпозиуме по популяционной биологии паразитов (Борок, 1996), отчетных сессиях Института систематики и экологии животных СО РАН. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ ( 5 из которых в рецензируемых изданиях).

Благодарности. Работа выполнена в лаборатории экологического прогнозирования Института систематики и экологиии животных СО РАН (Новосибирск). Автор выражает благодарность за оказанную помощь в постановке иммунологических методов сотрудникам Института клинической иммунологии СО РАМН О. П. Колесниковой и О. Т. Кудаевой, сотрудникам лаборатории за помощь в сборе и обработке материала. Особую признательность хотелось бы выразить А. К. Добротворскому за помощь в анализе материалов, а также Д. В. Петровскому за содействие в оформлении работы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАРУРЫ

1Л. Структурно-функциональная организация иммунной системы и методы оценки гуморального иммунного ответа

Защита организма от возбудителей болезней обеспечивается механизмами врожденного или конституционального иммунитета, а также механизмами индуцированного иммунитета. Конституциональный иммунитет обеспечивает врожденную устойчивость к патогенам. Его изменчивость обусловлена главным образом генетико-селекционными процессами, развертывающимися в популяциях под давлением конкретных возбудителей болезней. Фагоцитарный иммунитет является одной из первых линий защиты от попавших в циркуляцию патогенов. Фагоцитарные клетки поглощают чужеродные микроорганизмы и обеспечивают их представление (презентацию) на клеточной поверхности молекулярных фрагментов, образовавшихся при разрушении возбудителей болезни. Это, в свою очередь, дает толчок для вовлечения в иммунный ответ лимфоидной системы, функцией которой является биосинтез специфических иммуноглобулинов, способных связывать чужеродные вещества, обладающие антигенными свойствами. Лимфоидный или индуцированный иммунитет развивается по мере взаимодействия организма хозяина с возбудителями инфекций и их антигенами. В отличие от врожденного иммунитета, защищающего организм от ограниченного числа патогенов, индуцированный иммунитет имеет поистине неограниченный спектр действия. По крайней мере, как свидетельствует опыт иммунохимии практически к любым молекулам органических веществ с молекулярной массой выше 10000 дальтон можно получить иммуноглобулины

(антитела), обладающие способностью к их специфическому связыванию (Петров, 1982; Абелев, 1996). В основе реакций индуцированного иммунитета лежит кооперативное взаимодействие трех типов клеток: макрофагов, Т- и В-лимфоцитов, образующихся в результате дифференциров-ки стволовых клеток костного мозга (Ройт, 1991). Макрофаги обладают способностью к захвату и перевариванию бактерий, остатков погибших клеток и других чужеродных или токсичных для организма частиц. Количество макрофагов оценивают по доле клеток, поглотивших латексные частицы (Громыхина, 1982; Петров и др., 1992).

Т-лимфоциты (тимусзависимые) образуются в кроветворной ткани, затем поступают в тимус, где происходит их созревание. Т-лимфоциты подразделяют на ряд подклассов: Т-хелперы, участвующие в активации эффекторных клеток, либо через презентацию антигена, либо через освобождение "дальнодействвующих" факторов (например, интерлейкинов); Т-супрессоры клетки, которые подавляют развитие иммунного ответа, в том числе образование антител; Т-киллеры цитотоксические Т-клетки, играющие важную роль в уничтожении клеток, зараженных вирусом, а возможно и в предполагаемом надзоре за появлением опухолевых клеток; Т-клетки, участвующие в реакции замедленной гиперчувствительности и связанных с нею иммунологических явлениях. Для количественного определения циркулирующих Т-лимфоцитов применяют метод определения розеткообразующих клеток Е-РОК (Кожевников и др., 1994). Субклассы Т-клеток выявляют на основании метода разделения лимфоцитов на колонке и затем взаимодействием со специфическими антителами (Эккерт, 1987).

В-лимфоциты первоначально развиваются из гемопоэтических стволовых клеток и в результате пролиферации дают начало антите-лобразующим клеткам (АОК). Их количественная оценка основывается

на методе ЕАС-РОК (Гущин и др.,1981). Наиболее важный продукт В-клеток - это обладающие огромным разнообразием антитела, называемые также иммуноглобулинами. В настоящее вр�