Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Нейрональные сигнальные системы у гельминтов (биогенные амины, оксид азота) и нейробиологические аспекты взаимоотношений паразита и хозяина

ВАК РФ 03.00.19, Паразитология

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Теренина, Надежда Борисовна, Москва



./1 л

} 2 ? 1 •

«ХТ ¡»я»" ««I ¡Г / ,

ч/ %/ /г'" 1

Россййская Академия наук

Институт паразитологии

01- _{о.....

У

на правах рукописи

...... ..

Тере£шна Надежда Борисовна

Нейрональные сигнальные системы у гельминтов (биогенные амины, оксид азота) и нейробиологические аспекты взаимоотношений паразита и хозяина

специальность: 03.00.19 - паразитология, гельминтология

Диссертация на соискание учёной степени доктора биологических наук в форме научного доклада

Москва -1999

Работа выполнена в Институте паразитологии РАН

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор, академик HAH Армении

С.О. Мовсесян РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

Официальные оппоненты: ^ ¿у 'J Q

доктор биологических наук, профессор С.А. Беэр доктор медицинских наук, профессор БА. Астафьев доктор биологических наук, профессор Н.В. Гуляева

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт гельминтологии имени К.И.Скрябина

•с//?» ¿('¿¿¿¿¿lJ' 1'

Защита состоится на заседании Диссертационно^ паразитологии РАН по адрес}

:Гуте

■кг 33.

С диссертацией можно о РАН.

ятологии

Автореферат разослан "/Я"

1999 *

Учёный секретарь Диссертационного Совета, доктор биологических наук

/¿^-^ Н.А.Костюк

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность йроблемы. Интерес к изучению нейрональных сигнальных систем у гельминтов обусловлен рядом причин, в частности, связанных с тем, что исследования в данном! направлении важны как с общебиологических, так и практических позицйй. С точки зрения общебиологической использование гельминтов в качестве модельных организмов открывает новые возможности При решении нейробиологических проблем и механизмов общих для многих животных.

Жизненный цикл гельминтов, как известно, может включать несколько хозяев, а также свободноживущую стадию. Обитая в различньк органах и тканях хозяина-в течение своего развития, гельминты сталкиваются с разййчййми физико-химическими условиями, к которым, чтобы выжить, они должиы приспЬеобиться. Поэтому исследование нейрохимических аспектов жизнедеятельности- И, в частности, нейрональных сигнальных систем у гельминтов, находящихся в различных условиях на различных этапах развития, даёт возможность проанализировать и выявить закономерности в наличии, распределении, количественном содержании нейромедиаторов, их функциональной роли в связи с влиянием окружающей среды. Это, в свою очередь, позволяет приблизиться к пониманию сложных эволюционно закреплённых механизмов адаптации' паразитического организма к условиям обитания. Очевидно, что сравнительный подход при изучении особенностей функционирования нейромедиаторных систем, как у паразита, так и у хозяина расширяет представления об основах взаимоотношения этих двух организмов.

Известно, что в организме инвазированного гельминтами животного, происходят различные структурные и. функциональные изменения, вместе с тем нейромедиаторный аспект это проблемы изучен чрезвычайно слабо. Важность исследования в данном направлении очевидна с точки зрения изучения влияния паразитов на организм хозяина, расширения представлений о нейрохимических аспектах взаимоотношения паразита и хозяина, роли нейромедиаторов в патогенезе . гедьминтозов, а также с точки зрения коррекции нарушения функции нейромедиаторных систем хозяина при особо опасных инвазиях.

В настоящее время имеется достаточно много эффективных препаратов, применяемых при гсльминтозах. Вместе с тем поиск новых химиотерапевтических средств, которые были бы высокоэффективными, малотоксичными, ! общедоступными и недорогими остаётся актуальной, задачей. Это связано также с •-'йблемой возникновения резистентности к имеющимся противопаразитарным •'♦••^втвам. Очевидно, что прогресс в получении более эффективных

_ игельминтиков в значительной степени зависит от знания физиологии и

, фохимии паразитов. Гельминты имеют хорошо дифференцированную нервную г ■ ¡тему, которая служит в интеграции и координации их деятельности, н <"5ходимой для выживания паразитов, включая такие функции как прикрепление ¡5 £ )3якну, питание, репродукция. В связи с этим, очевидно, что исследование

_ 'тюмедиатороя гельминтов, более глубокое понимание их функциональных

I ценностей даст возможность выработать принципиально новый подход в борьбе

! Г

с паразитическими червями, целенаправленно воздействуя на их нейрональные сигнальные системы.

Для разработки новых антипаразитарных средств необходима комплексная, всесторонняя оценка их действия, исследование тех функциональных и структурных изменений, которые происходят под . влиянием применяемых препаратов, как в организме паразита, так и в организме хозяина. Вместе .с тем, сведения о влиянии применяемых в ветеринарной и. медицинской практике препаратов на нейромедиатормые системы, являющиеся, как известно, наиболее реактивными при различных воздействиях на организм, чрезвычайно ограничены.

Среди медиаторов нервной системы - биогенные амины - . серотонин, норадреналин, дофамин - занимают одно из основных мест. Рано возникнув в процессе эволюции, они сохранили своё регуляторное и медиаторное действие и на более поздних этапах филогенетического развития* •.,-..•>

Открьггие свойств оксида азота как полифункциональиого физиологического регулятора явилось однимиз значительных: достижений биолорш последнего десятилетия и открыло новую область в биологических исследованиях. В настояацёе время установлено, что оксид азота имеет широкий, спектр биологического действйя и участвует в различных физиологических и патологических процессах (Marietta et al., 1988; Stuehr et al., 1989). Появились некоторые Сведения и о наличии1 нервных клеток, продуцирующих оксид азота, у некоторых групп беспозвоночных животных - насекомых, моллюсков, ракообразных, а также у нематоды Ascaris suum (Radomsky,1991; Moroz, Winlow, 1994; Moroz et al.,1992; Elofsson et al., 1993; Elphick et al.,1993; Joansson, Carlberg, 1994; Bascal et al., 1995).

Развитие современных методов внесло определённый вклад в исследование нейромедиагоров у паразитических червей. Однако, несмотря на значительный прогресс, мйогие аспекты этого направления и, в частности, связанные с изучением особенностей функционирования ггейрональных сигнальных систем у гельминтов и мейробиологйческие аспекты взаимоотношений в системе паразит-хозяин остаются не изученными до сих пор. ■ ■■:•• . ■

Цель и задачи исследования: В настоящей работе была поставлена цель -изучение и сравнительный анализ нейрональных сигнальных систем (биогенных аминов, оксида азота) у гельминтов различных таксономических и экологических групп; выявление особенностей функционирования нейрональных сигнальных систем у гельминтов;' анализ взаимоотношения между паразитом и хозяином с » (сйробиолб! ической точки зрения. Задачи исследования сводились к следующему:

- идентифицировать, определить количественное -содержание, и локализацию катехоламйнов, серотонина, оксида азота у , представителей, различных таксономических групп гельминтов, имеющих различных хозяев и локализацию; провестй сравнительный-анализ полученных данных; .... .

- исследовать синтез, метаболизм^ депонирование нейромедиагоров у, гельминтов различных таксономических и- экологических групп; провести ..диализ функционального значения исследуемых , нейромедиаторов у, .гельминтов;

проанализировать полученные результаты с точки зрения сравнительного эколого-фичиоло! ичсского подхода;

- исследовать влияние инвазии на нейромедиаторные системы хозяина;

- проанализировать действие антигельминтных препаратов с позиции их влияния на нейромедиаторные системы .паразита и хозяина.

При анализе материала мы; использовали сравнительный эколого-физиолошческий подход, что. дало возможность выявить определённые закономерности в функционировании качаемых нейромёдиаторнЙх систем у представителей разных таксономических групп, имеющих различных хозяев и локализацию, а также внести определённый вклад в проблему исследования нейробиологических аспектов взаимоотношения паразита и хозяина Научная новизна:

- в результате впервые применённого эколого-физиологаческого подхода при исследовании и анализе нейромедиаторных систем у гельминтов выявлены особенности в функционировании нейрональных сигнальных систем - серо¥онина, катехоламинов, оксида азота у паразитических червей и рассмотрены нейробиологические аспекты во взаимоотношении паразита й хозяина.' (Сущность выявленных нейробиологических аспектов паразито-хозяинных взаимоотношений заключается в том, что наряду с наличием общих черт в функционирований нейромедиаторных систем у паразита и хозяина, обнаружены функциональные особенности нейрональных сигнальных веществ у гельминтов;

- получены новые данные о наличии, количественном содержании и локализации биогенных аминов у паразитических червей;

- в результате идентификации биогенных аминов у представителей разных классов паразитических червей - цестод, трематод, моногеней, амфйдинид, нематод, обнаружено, что среди исследованных биогенных аминов в экстрактах тканей гельминтов присутствует, главным образом, серотонин и дофамин;;

- выявлены различия в содержании биогенных аминов у гельминтов различных классов, которые носят количественный и качественный характер;

- впервые показано наличие у паразитических плоских червей новой аткпичиой категории регуляторных веществ со свойствами нейропередатчика - оксида азота. Наличие нейрональной сигнальной системы, в основе деятельности которой лежит продукция оксида азота, выявлено, в центральных и периферических отделах нервной системы; личиночных и взрослых форм цестод и трематод, имеющих различных хозяев и локализацию. Анализ данных о наличии и роли оксида азота у беспозвоночных, животных, в том числе и у гельминтов, позволил предположить, что нейрональная сигнальная система, генерирующая оксид азота, является эволюционно древней и широко распространенной сигнальной системой;

- получены новые данные о соотношении серотонинергических структур и структур, содержащих оксид азота, у паразитических плоских червей; выявлено отсутствие ко-локализации исследованных нейрональных веществ в нервной системе гельминтов;

- в результате сравнительного эколого-физиологического анализа выявлена особенность в функционировании нейрональных сигнальных веществ у гельминтов,

которая заключаются в следующем: функциональное состояние серотонийовой нейромедиаторной системы цестод находится в прямой корреляционной зависимости от содержания серотонина в среде обитания, т.е. органах и тканях хозяина. Эта закономерность проявляется у личиночных й взрослых форм цестод различных таксономических групд, с различными жизненными циклами, паразитирующих у холоднокровных и теплокровных животных различных классов и обусловлена способностью цестод активно поглощать вещество из окружающей среды благодаря наличию высокоспецифической транспортной системы;

- получены новые данные о. синтезе серотонина, дофамина, оксида азота у личиночных и взрослых форм цестод и трематод. Впервые определена активность ключевого фермента биосинтеза серотонина - триптофангвдроксилазы, а также фермента, участвующего в образовании оксида азота, нейрональной МО-синтазы у паразитических плоских червей и получены данные об их свойствах;

- разработана оригинальная методика определения способности цестод синтезировать серотонин, заключающаяся в снижении уровня Серотонина в тканях гельминтов с .„ помощью резерпина и последующей инкубации паразитов в предшественнике серотонина - аминокислоте Ь - трйптофане; применяемые методики при идентификации, определении содержания, ферментов синтеза, метаболитов и локализации исследуемых нейрональных сигнальных систем модифицированы;

- получены новые данные о метаболизме, депонировании серотонина в тканях личиночных и взрослых форм паразитических червей различных классов гельминтов г цестод трематод, моногеней, амфилинид, нематод. Выявлены особенности обмена серотонина у гельминтов в зависимости от места их обитания;

- на основании результатов сравнительного анализа данных, полученных в отношении паразита и хозяина, выявлены особенности синтеза, метаболизма, •Депонирования серотонина у гельминтов;

- получены новые данные о функциональной роли изучаемых нейромёдиаторов у паразитических червей; показана роль исследуемых нейромёдиаторных систем в деятельности центральных и периферических отделов нервной системы гельминтов, в регуляции мускулатуры тела, прикрепительных органов и репродуктивной, системы, в развитии паразитов, в механизмах адаптации гельминтов к среде обитания Получены новые данные, свидетельствующие, что наряду с нейромедиаторной ролью дофамин у цестод и трематод выполняет немедиаторную функцию, связанную с образованием оболочки яиц; '

- впервые обнаружены изменения функционального состояния серотониновой нейромедиаторной системы хозяина при инвазии гельминтами. Полученные данные свидетельствуют об участии нейромедиаторных систем хозяина в механизмах взаимоотношений паразита и хозяина, вносят определённый вклад в решение проблемы патогенеза при гельминтозах и указывают на необходимость коррекции нейромедиаторных систем хозяина при гельминтозах тяжёлого течения;

- впервые показано участие изучаемых нейромедиаторов в механизме действия ряда антигельминтиков: получены новые данные, свидетельствующие, что в механизме антипаразитарного действия празиквантеля, фснасала, албендазола

принимает участие серотониновая нейромедиаторная система гельминтов. Установлена разнонаправденность действия исследуемых антипаразитарных препаратов на серотониновую систему паразита и хозяина, имеющее, очевидно, значение при терапевтическом действииисследованных препаратов.

.. Практическая значимость работы*.,Данные об участии нейромеднаторных . систем гельминтов в механизме действия рада применяемых антипаразитарных веществ свидетельствует. о„ .перспективности поиска и разработки, препаратов, влияющих на нейрональные; сигнальные системы гельминтов. Полученные новые данные o ¡ нейрональных сигнальных системах; у гельминтов могут быть использованы как основа при целенаправленной разработке веществ, воздействующих на нейромедиаторные системы гельминтов. На основании результатов исследования нейромедиаторов у гельминтов полнено Авторское, свидетельство (№2046339 от 20 октября 1995 г.). В результате полученных данных о нейрохимических изменениях в мозге животных при трихинеллёзе расширены представления о патогенезе заболевания, свидетельствующие о необходимости коррекции содержания нейромедиаторов у больных трихинеллёзом.

Ряд применяемых в работе методик модифицированы; практиковалось также внедрение модифицированных методов в практику путём обучения студентов МГУ и ряда сотрудников академических институтов применяемым биохимическим методам. С помощью модифицированных оригинальных методик обеспечивается. длительное поддержание в Институте паразитологии РАН экспериментальных моделей инвазии цестодами Hymenolepis diminuta, Mesocestoides eorti.

Результаты исследования нейрональных сигнальных систем - биогенных аминов, оксида азота у гельминтов используются в курсе, лекций по общей гельминтологии и паразитологии, экологии промежуточных хозяев гельминтов на кафедре Зоологии и сравнительной анатомии беспозвоночных животных Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова.

Материалы диссертации использованы при подготовке Временной инструкции о мероприятиях по борьбе с триенофорозом лососёвых и сиговых рыб (1998г.). Подготовлены материалы (в соавторстве) "Морфофункциональные механизмы взаимоотношений партнёров паразитарной системы при трихинеллёзе и внутривидовая изменчивость трихинелл" в рамках выставки "учёные - городу" (работа РАН, Москва, 22-30 сентября, 1997 г.).

Подтверждение упомянутых внедрений (официально заверенные документы) прилагается в Приложении к диссертации.

Основные положения, выдвигаемые на защиту.

1. Новый фактический материал о нейрональных сигнальных системах - биогенных аминах, оксиде азота - у гельминтов различных таксономических и экологических групп: содержание, локализация, : синтез, метаболизм, депонирование, функциональная роль. .

2. Особенности функционирования нейромеднаторных сигнальных систем -биогенных аминов й оксида азота у гельминтов.

3. Влияние инвазии^ на нейромедиаторы хозяина.

4. Оценка действия антипаразитарных препаратов с позиции их влияния на , нейромедиаторы гельминтов и их хозяев. ' "

, Апробация работы. Материалы диссертаций были доложены на отечественных и зарубежных научны�