Překonání imunitního deficitu pomocí Allogroomingu

Jednoduché shrnutí:

Zkoumali jsme, zda se dva blízce příbuzné druhy termitů liší v závislosti na sociální nebo individuální imunitě proti dvěma druhům patogenních hub, které byly všechny shromážděny ze stejného místa. Naše výsledky naznačují, že vzájemná péče (allogrooming) je vysoce účinná při omezení fatálních infekcí do té míry, že může kompenzovat relativně slabou individuální imunitní obranu. Poté, co se setkají s patogeny, termiti použijí alternativní strategii pro sociální distancování a omezení šíření nakažlivých nemocí a místo toho se spojí, aby se navzájem očistili. Kolísání intenzity této behaviorální reakce ukazuje na rozdílnou reakci na úroveň ohrožení.

Desert ginseng—Improve immunity (11)

cistanche doplněk výhody-zvyšuje imunitu

Abstraktní:

Allogrooming se zdá být u mnoha společenských zvířat nezbytný pro ochranu před rutinním vystavením parazitům. U sociálního hmyzu se zdá být rozhodující pro odstranění patogenních propagulí z kutikuly předtím, než mohou zahájit infekční cyklus. U podzemních termitů to zahrnuje spory hub běžně se vyskytující v půdě, jako jsou Metarhizium conidia, které mohou rychle vyklíčit a proniknout do kutikuly. Zkoumali jsme, zda existuje rozdíl v závislosti na sociální a vrozené imunitě u dvou blízce příbuzných podzemních termitů při ochraně před smrtelnými infekcemi u dvou místně se vyskytujících druhů Metarhizium. Naše výsledky ukazují, že relativně slabá vrozená imunita u jednoho druhu termitů je kompenzována trvalejším alogroomingem. To zahrnuje vylepšené alogoming v reakci na koncentrace konidií, které odrážejí rutinnější kontaminaci kutikuly, stejně jako na silnou kutikulární kontaminaci, která vyvolává síťovou nouzovou reakci.

klíčová slova:

sociální imunita; imunita; entomopatogeny; chování alarmu; konečná stanice

Desert ginseng—Improve immunity (2)

cistanche tubulosa-zlepšuje imunitní systém

Kliknutím sem zobrazíte produkty Cistanche Enhance Immunity

【Požádejte o více】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

1. Úvod

Sociální obranné mechanismy mohou být vysoce účinné v boji proti náchylnosti k nakažlivé nemoci, přestože sociabilita podporuje její šíření [1,2]. U termitů a mravenců se zdá, že evoluce účinných sociálních mechanismů imunitní obrany uvolnila selektivní tlak na jednotlivé vrozené imunitní mechanismy [3–6]. Po setkání s patogeny bude hrozba onemocnění u sociálního hmyzu záviset na účinnosti vrozené přední linie obrany, která zahrnuje fyzické bariéry pro infekci. Mnoho houbových patogenů produkuje nepohlavní spory (konidie), které mohou přímo pronikat do hmyzí kutikuly. Sociální imunitní obrana, která pomáhá chránit kutikulu, včetně alogomingu a sekretovaných antimykotik, se zdá být u termitů zvláště důležitá pro obranu proti Metarhizium spp [7–9]. Metarhizium konidia jsou všudypřítomné v půdě, kterou se mnoho termitů pohybuje při hledání potravy a dosahují koncentrací, které udržují stálou hrozbu infekce [10]. Potravní termiti, jako jsou druhy rodu Reticulitermes, se pohybují půdou, aby rozšířili rozsah svých kolonií a získali přístup k více místům krmení, což jsou obvykle zdroje dřeva spočívající na povrchu půdy [11]. Podzemní sítě jejich kolonií mohou sahat přes desítky metrů, obsahovat přes sto tisíc jedinců a dosahovat hustoty přes sto kolonií na hektar [12]. Vyvinuli se z předka s koloniemi omezenými na jeden kus dřeva [13,14]. Tento přechod by vedl ke zvýšenému setkávání s predátory, patogeny a konkurenty a shodoval by se s evolucí oddané skutečné dělnické kasty, která se obvykle přímé reprodukce zříká. Zlepšená hygiena byla pravděpodobně kritická pro tento přechod a následnou radiaci a současný ekologický úspěch termitů, jejichž příspěvek k rozkladu dřeva může převýšit mikrobiální rozklad [15,16] a kteří, jak se zdá, jsou připraveni rychle expandovat globálně s rostoucími teplotami [17]. . Během přechodu k hledání potravy se uvolnění selektivního tlaku na vrozené imunitní geny shodovalo s jeho zesílením na dva geny, které produkují secernované antimykotické proteiny [6]. Tyto proteiny se zdají být nezbytné pro odstranění houbových konidií pomocí alogomingu. Kontrastní selektivní tlak na složky individuálních vrozených a sociálních obranných mechanismů v minulosti naznačuje, že nadále existuje adaptivní kompromis v závislosti termitů na individuální vrozenou a sociální imunitu při ochraně před houbovými chorobami. To je podpořeno pozorováním, že exprese vrozeného imunitního genu je ve skupinách nižší než u jedinců pracovníků Reticulitermes, kteří byli vystaveni konidiím Metarhizium [18]. Allorooming snižuje potřebu aktivace vnitřního imunitního systému. V této studii jsme zkoumali rozdíly v sociální a vrozené imunitě u dvou druhů podzemních termitů proti dvěma místním druhům Metarhizium, které se navzájem přirozeně setkávají. Druhy Metarhizium byly izolovány z půdy pod nebo vedle kmenů, ve kterých byli sbíráni termiti. Dva druhy termitů, Reticulitermes virginicus a Reticulitermes flavipes, byly shromážděny ze stejného místa v Marylandu. Ačkoli se zdají být agonistické, často se nacházejí vedle sebe nebo dokonce občas ve stejném kmenu. Mezidruhová agrese mezi pracovníky často vede ke smrtelným zraněním v testech agonismu na Petriho misce [19]. Antifungální aktivita kutikulárních výplachů dělnic R. virginicus se již dříve ukázala jako účinnější při inaktivaci konidií Metarhizium než výplachy dělnic R. flavipes [20]. To naznačuje, že ačkoli jsou tito dva termiti blízcí příbuzní a setkávají se se stejnými patogeny, mohou se lišit v závislosti na individuální vrozené nebo sociální imunitě. Použili jsme srovnávací přístup, abychom zjistili, zda existuje rozdíl mezi spoléháním se na sociální a vrozenou imunitu a její integrací a zda mezi nimi existuje potenciální kompromis. Posílená sociální imunita může být spojena s méně účinnými vrozenými imunitními mechanismy, které mohou zahrnovat potenci secernovaných antimykotik a naopak. Slabší individuální imunita může být kompenzována účinnější sociální imunitou. Přežití termitích dělnic v pozdním instaru ve skupinách po dvanácti, párech nebo jednotlivcích bylo zkoumáno poté, co byli napadeni houbami z Metarhizium robertsii nebo Metarhizium brunneum. Skupiny 12 pracovníků byly krátce vystaveny vysoké dávce houby. Tato potenciálně fatální koncentrace způsobuje podobné behaviorální reakce, jaké byly pozorovány, když termiti narazí na sporulující mrtvolu, v některých případech vyvolává podstatné zvýšení poplachové reakce, která má za následek rychlé podélné oscilační pohyby, LOM [21–23]. Frekvence LOM v prvních 12 minutách poté, co jsou termiti vystaveni konidiím různých kmenů a druhů Metarhizium, pozitivně koreluje s frekvencí záchvatů allogroomingu. LOM, které se snáze měří než alogrooming, lze proto použít jako nepřímé měření úrovní alogomingu. Zdá se, že detekce houby je zpožděna, dokud povrch termitů není kontaminován konidiemi, což naznačuje, že rozpoznávací receptory spojené s ústními částmi jsou kritické pro nástup zvýšeného poplachu a alogroomingu. Páry a jednotlivci byli vystaveni nízké dávce houby, která pravděpodobněji odráží úrovně expozice, se kterou se termiti setkávají, když staví chodby v půdě, na rozdíl od přímých setkání se sporulujícími mrtvolami. Na rozdíl od jednotlivých termitů jsou páry termitů v této dávce po dobu 10 dnů téměř zcela odolné vůči smrtelným infekcím. Aby se oddělila sociální a vrozená imunita při této nízké dávce, páry termitů byly odděleny v různých časových bodech krátce po napadení houbovými konidiemi a přežití těchto párů bylo srovnáno se singletony, kteří po napadení houbami neměli žádné příležitosti pro sociální interakce. Allogrooming a LOM byly pozorovány před časovými body separace termitích párů. Kromě toho byla testována antifungální aktivita surových extraktů celých termitů, aby bylo možné dále posoudit rozdíly ve vrozené imunitě mezi dvěma druhy termitů v reakci na dva druhy hub.

Výhody cistanche tubulosa- posílení imunitního systému

2. Metody

2.1. Studium organismů

Termiti R. flavipes a R. virginicus a houby M. brunneum a M. Roberts byly shromážděny z druhotně rostoucích listnatých lesů v Baltimore County (Pleasant Hills a Monkton), Maryland. Druhy termitů byly identifikovány pomocí intra- a interspecifických testů agonismu [19] a sekvencí mitochondriální rRNA [4]. Druh Metarhizium byl izolován ze vzorků půdy v blízkosti sběrných míst termitů (<30 cm) using a baiting technique with Tenebrio molitor larvae [24]. The conidia and mycelia of two clonal lines of the species were used for DNA purification with a QIAGEN DNeasy Blood and Tissue kit. The 50 regions of translation elongation factor 1-alpha were PCR-amplified using PCR primers EF1T and EF2T [25]. These regions were Sanger-sequenced (Psomagen, Rockville, MD) for species identification. Foraging groups of R. flavipes and R. virginicus (>1000) a dřevo, kterým byly krmeny, byly shromážděny a skladovány v plastových nádobách za tmavých, vlhkých podmínek při 25 ◦C. Termiti patřící ke stejnému druhu byli sbíráni z lokalit, které byly od sebe vzdáleny alespoň 60 m, což obvykle postačuje k tomu, aby se zajistilo, že sbírky pocházejí z různých kolonií [12]. Tyto oddělené sbírky jsou dále označovány jako kolonie. Termiti byli sbíráni v létě 2018 a 2019 pro pokusy se skupinami 12 i pro pokusy in vitro se surovými extrakty termitů a v letech 2021 a 2022 pro pokusy s páry a jednotlivci. Termiti byli použiti v příslušných experimentech do 4 měsíců od odběru. Před použitím pro naše experimenty byli pracovníci opatrně odstraněni z dřevěných kusů a udržováni ve skupinách Petriho misek o průměru 12 55 mm vyložených navlhčeným filtračním papírem (Whatman 1) po dobu 24 hodin v okolním světle. To jim umožnilo aklimatizovat se na světlo a vyčistit jejich kutikulární povrchy od částicového odpadu před expozicí houbám. Nezahrnuli jsme vojáky, protože nestříhají hnízdní kamarády, představují 1–2 % kolonie a nevyskytují se trvale ve skupinách hledajících potravu.

2.2. Přežití a poplachová reakce pro skupiny dvanácti

Skupiny 12 pracovníků R. flavipes nebo R. virginicus byly vystaveny vysoké dávce 10 6 konidií ml-1 0.05% Tween 80 (MilliporeSigma , Burlington, MA, USA) nebo 0,05 % Tween 80 pro kontroly. Tween 80 byl zahrnut, aby pomohl rozbít shluky konidií při přípravě suspenzí. Den před těmito ošetřeními bylo všech 12 termitů označeno malou tečkou barevné emailové barvy na hřbetní straně jejich břicha, aby je bylo možné individuálně identifikovat. Allogrooming odstranil nátěr z několika jedinců, ale tito jedinci mohli být stále individuálně identifikováni v době smrti průzkumem přeživších a přirozenými individuálními odchylkami u pracovníků, jako je stupeň tmavého zbarvení břicha. Termiti použité pro každý replikát 12 exponovaných termitů a kontroly byly z různých kolonií. Bylo použito pět kolonií pro R. flavipes i R. virginicus (n=480 dělnic). Experimenty s koloniemi M. Roberts byly opakovány po třech měsících, aby se otestovala konzistentnost v přežití. Celkem bylo 60 replikátů 12 nebo 11 termitů (n=709). V 11 replikátech termit zemřel před expozicí houbám, což se zdálo být způsobeno manipulací při značení barvou. Termiti byli vystaveni konidiím připraveným z klonální kultury buď M. Roberts nebo M. brunneum. Pracovníci byli přidáni do 1,5 ml zkumavek obsahujících 500 ul ředění konidií nebo 0,05 % Tween 80 pro kontroly pomocí malé plastové nálevky a jemně třepáni po dobu 10 s, aby bylo zajištěno úplné ponoření. Pracovníci byli poté umístěni na filtrační papír, aby absorbovali přebytečnou tekutinu, přeneseni do Petriho misek o průměru 55 mm vyložených navlhčeným filtračním papírem (Whatman 1) a natáčeno video po dobu 12 minut. Mortalita byla sledována denně po dobu dvou týdnů. Mrtví jedinci byli odstraněni, povrchově sterilizováni 70% etanolem a umístěni na vlhký filtrační papír do Petriho misek (55 mm) udržovaných při 24 ◦C a 100% vlhkosti pro potvrzení infekce Metarhizium (růst zeleného muscardinu po 3–4 dnech). Celkový počet LOM pozorovaných ve videích po dobu 12 minut byl hodnocen pro každého termita. LOM trvaly 2–7 s a musely být zastaveny a poté obnoveny, aby byly hodnoceny jako samostatné události [23].

2.3. Přežití a Allogrooming pro páry a jednotlivce

Přežití párů termitů bylo srovnáváno s jednotlivci po vystavení nízké dávce (104 konidií ml-1 ) konidií, která nezpůsobila nadměrnou mortalitu a pravděpodobně odráží koncentrace, se kterými se termiti setkávají při pohybu půdou [10] . Páry a jednotlivci byly porovnány k měření přežití poskytovaného sociálními obrannými mechanismy. Skupiny 12 pracovníků byly zpočátku infikovány houbami nebo bez nich, jak je popsáno výše, s výjimkou toho, že suspenze konidií o přibližně 107 konidiích ml-1 byly připraveny v 0,1% Tween 80 a intenzivně vortexovány před zředěním sterilní vodou na 104 konidií ml-1. Tween 80 nebyl zahrnut do ředění, protože suspenze jednotlivých konidií mohly být udržovány v nízkých koncentracích a protože povrchově aktivní látka může interferovat s adhezí konidií ke kutikule. Tito jedinci nebyli označeni barvou. Bezprostředně po ošetření a předtím, než měli termiti příležitost k interakci, byli rozděleni do párů nebo jednotlivců v jamkách 24-jamkových plastových destiček pro kultivaci buněk (CELLTREAT Scientific, Pepperell, MA). Každá jamka byla vyložena navlhčeným filtračním papírem (Whatman 1). Pro každou kombinaci termit/houba (n=4) byly čtyři páry termitů rozděleny do jednotlivých po 15 minutách, 2 hodinách, 5,5 hodinách, 8 hodinách a 27 hodinách (n=160) a pro každou kombinace termit/plíseň 12 termitů, kteří nikdy neměli příležitost interagovat, bylo rozděleno do ojedinělých jedinců ošetřených plísní nebo kontrolních jedinců (n=96). Tito jednotliví termiti byli také rozděleni do 24-jamkových destiček vyložených filtračním papírem. Mortalita termitů byla následně sledována po dobu deseti dnů a mrtví jedinci byli odstraněni pro potvrzení infekce Metarhizium. Jedna kolonie byla použita pro obě R. flavipes ošetřené M. robertsii nebo M. brunneum a R. virginicus ošetřené M. robertsii nebo M. brunneum (n=256). Šest neošetřených párů bylo také udržováno v 24-jamkových destičkách po dobu 10 dnů pro každý druh. Samostatný experiment se stejnými koloniemi se zaměřil na záznam alogomingu před separačními časy párů v 15 min, 2 h, 5,5 h, 8 h a 27 h. Šest různých párů každého druhu termitů bylo ošetřeno každou houbou nebo vodou pro kontroly a 15 minut před separačními časovými body (n=180) bylo hodnoceno z hlediska alokace. Události spojené s alogroomingem byly hodnoceny, když kontakt z úst na tělo mezi dvěma termity zahrnoval pohyb ústních částí (palpy), a byla zaznamenávána doba trvání každého nepřerušeného události alogroomingu. Allogrooming byl hodnocen jediným pozorovatelem, který byl slepý vůči ošetření termitů. LOM byly také skórovány, ale byly zanedbatelné a v analýze nebyly použity. Vlastní péče nebyla pozorována.

Cistanche deserticola—improve immunity (5)

Výhody cistanche tubulosa- posílení imunitního systému

2.4. Antifungální aktivita in vitro

Dvanáct pracovníků z 5 kolonií R. flavipes nebo R. virginicus bylo imobilizováno za studena v 1,5 ml Eppendorfových zkumavkách a do každé zkumavky bylo přidáno 120 ul studené sterilní vody. Dělnice obou druhů použité v této studii byly přibližně stejně velké (délka 4–5 mm). Termiti byli homogenizováni plastovým tloučkem a extrakt byl centrifugován při 16,000 g po dobu 2 minut. Supernatant byl filtračně sterilizován pomocí 0,22 um Ultrafree filtrů (MilliporeSigma, Burlington, MA, USA). Deset ul filtrátu bylo inkubováno po dobu 24 hodin s deseti ul obsahujícími 100 konidií M. robertsii nebo M. brunneum a 20 ul 100 ug ml-1 ampicilinu, aby se dále zabránilo bakteriální kontaminaci. Kontroly zahrnovaly 10 ul sterilní vody místo surového extraktu. Dva replikáty pro každou inkubovanou směs byly rozprostřeny na bramborový dextrózový agar (PDA) doplněný 50 µg ml-1 ampicilinu (60 mm Petriho misky) a inkubovány při teplotě místnosti ve tmě po dobu 4–5 dnů. Antifungální aktivita byla měřena porovnáním jednotek tvořících kolonie (CFU) při ošetření surovým extraktem s kontrolami.

2.5. Statistika

Kaplan-Meierovy odhady průměrné doby přežití byly použity pro párové srovnání přežití. Poměry rizika úmrtí (HRs) byly vypočteny pomocí Coxovy regresní analýzy. Použili jsme Coxovu regresi ke zkoumání rozdílů v úmrtnosti mezi jedinci vykazujícími LOM nebo nevykazujícími LOM při kontrole dalších kategoriálních proměnných (ošetření nebo kontrola plísní, druhy hub, druhy termitů, kolonie původu). LOM byly u jednotlivců kategorizovány jako nepřítomné nebo přítomné kvůli četnosti odlehlých hodnot a nedostatku normality. Při analýze přežití s páry termitů a jednotlivci byla HR založena na srovnání mezi páry ošetřenými konidiemi (oddělenými v různých časových bodech) a jednotlivci ošetřenými konidiemi. Tyto HR tedy poskytují míru přežití, kterou poskytují sociální mechanismy obrany, přičemž kontrolují jednotlivé mechanismy obrany. Souvislost mezi časem stráveným jako pár a změnou HR byla měřena pomocí Pearsonových korelací. Distribuce LOM mezi různými způsoby léčby byla porovnána s Kruskal-Wallisovým testem s Bonferroniho korekcemi pro vícenásobné testování pro párové srovnání. Střední CFU nebo trvání událostí alogroomingu byly porovnány s testem ANOVA s Bonferroniho korekcemi pro párová srovnání. Pro statistické testy jsme použili IBM SPSS Statistics (verze 28).

3. Výsledky

3.1. Přežití a poplach ohrožených skupin dvanácti

The Cox regression model of survivorship that included categorical variables for fungal treatment, LOMs, termite species, fungi species, and a colony of origin was significant (Chi-square = 246.29, df = 12, p < 0.001). Challenged termites were 9.28 times more likely to die than untreated termites (Wald = 143.05, p < 0.001) while controlling for the other variables. Termites that displayed LOMs (n = 422) were 1.52 times more likely to survive (Wald = 8.30, p = 0.004) than individuals that did not display LOMs (n = 286). R. virginicus workers were 2.08 times more likely to die than R. flavipes workers (Wald = 6.31, p = 0.012). Fungal species did not contribute significantly to the model (Wald = 0.841, p = 0.359). The colony of origin contributed significantly to the model (Wald = 50.16, p < 0.001), which is consistent with previously reported colony variation in Reticulitermes resistance to Metarhizium infections [24]. Survivorship did not differ between the same colony when the experiment was repeated 3 months later with workers that were exposed to M. Roberts (Breslow pairwise comparison, Chi-square = 0.342, p = 0.559). Most deaths in the challenged termites were attributable to Metarhizium infection (>90% potvrzení). U termitů napadených M. Roberts bylo pozorováno 129 úmrtí u 237 jedinců a průměrná doba přežití pro R. virginicus (9,10 dnů) byla významně nižší než pro R. flavipes (10). 98 dní)(Breslow=10.05, df=1, p=0.002) (obrázek 1). U termitů napadených M. brunneum bylo pozorováno 79 úmrtí u 120 jedinců a průměrná doba přežití u R. flavipes (9,70 dne) byla nižší než u R. virginicus (10,68 dne), ale ne významně (Breslow=2 0,74, df=1, p=0,098). Distribuce LOM (obrázek 2) mezi houbovými a kontrolními ošetřeními byla významně odlišná (Kruskal–Wallis=176,897, df=5, p < 0,001). Četnost LOM se významně nelišila mezi ošetřeními M. brunneum a jejich příslušnými kontrolami pro R. flavipes (upravené p=0,097) a R. virginicus (upravené p=1.000 ). Frekvence LOM však byla významně vyšší u léčby M. Roberts ve srovnání s jejich příslušnými kontrolami pro R. flavipes (upraveno p < 0,001) a R. virginicus (upraveno p < 0,001) (obrázek 2). U léčby M. Roberts byla frekvence LOM R. flavipes významně vyšší než LOM R. virginicus (upraveno p < 0,001). V případě léčby M. brunneum se však frekvence LOM R. flavipes významně nelišila od LOM R. virginicus (upraveno p=1.000). Na rozdíl od M. brunneum vedly skupiny 12 termitů vystavených konidiím M. Roberts k významné behaviorální reakci.

3.2. Přežití ohrožených párů a jednotlivců

Přežití párů termitů oddělených v různých časech krátce po expozici patogenu bylo porovnáno s přežitím napadených ojedinělých jedinců s poměrem rizika smrti (HRs). HR 1 odpovídá stejné míře přežití u oddělených párů a jednotlivců po dobu deseti dnů. Hodnoty menší než jedna naznačují, že existuje snížená úmrtnost v oddělených párech ve srovnání s jednotlivci. Korelace mezi časem stráveným v páru a snížením HR byla významná pouze u R. flavipes léčených buď M. Roberts (r=−0.978, p=0). {7}}04) nebo M. brunneum (r=−0.983, p=0.003), a ne pro R. virginicus léčený M. Roberts (r=−0,643, p=0,242) nebo M. brunneum (r=−0,812, p=0,095). To se také odráží v hodnotách R2 z lineárních regresí znázorněných na obrázku 3 (čas byl logaritmicky transformován pro výpočet Pearsonových korelací a hodnot R2). Žádná smrt nebyla pozorována u neošetřených párů (6 párů pro každý druh termitů) a jedno úmrtí u 16 ošetřených párů (4 páry pro každou kombinaci termit/houba), které nebyly nikdy odděleny po dobu 10 dnů.

Obrázek 1. Přežití pro skupiny 12. Rf odpovídá R. flavipes, Rv R. virginicus, Mr M. robertsii a Mb M. brunneum. Významné rozdíly v přežití pro párová srovnání byly založeny na Breslowových testech (generalizované Wilcoxonovy testy). * Významný rozdíl mezi ošetřeními, NS žádný významný rozdíl mezi ošetřeními (str< 0.025 Bonferroni adjusted α). For the survivorship of pathogen-challenged single termites (Figure 4), 47 deaths were observed among 48 individuals, and the mean survival time for R. flavipes (4.21 days) was significantly lower than for R. virginicus (6.17 days)(Breslow, chi-square = 33.927, df = 1, p < 0.001). This relationship held for both species of fungi: For M. robertsii exposure, the mean survival time for R. flavipes (4.25 days) was significantly lower than for R. virginicus (5.83 days) (chi-square = 16.133, df = 1, p < 0.001); For M. brunneum exposure, the mean survival time for R. flavipes (4.17 days) was significantly lower than for R. virginicus (6.50 days) (chi-square = 20.994, df = 1, p < 0.001). 3.3. Antifungal Activity of Crude Extracts The two species of fungi were analyzed separately (the viability of conidia on PDA differs between the two species). For M. robertsii, mean colony-forming units (CFUs) among fungal and control treatments were significantly different (F = 18.08, df = 2, p < 0.001) (Figure 5a). Crude extracts of R. virginicus but not R. flavipes workers showed significant antifungal activity against M. robertsii compared to the control (adjusted p < 0.001 and p = 1.000, respectively). The antifungal activity of R. virginicus extracts against M. robertsii was significantly greater than the antifungal activity of R. flavipes extracts against M. robertsii (adjusted p < 0.001). For M. brunneum, mean CFUs (Figure 5b) among fungal and control treatments were significantly different (F = 27.26, df = 2, p < 0.001). Crude extracts of R. virginicus but not R. flavipes showed significant antifungal activity against M. brunneum compared to the control (adjusted p < 0.001 and p = 0.072, respectively). The antifungal activity of R. virginicus extracts against M. brunneum was significantly greater than the antifungal activity of R. flavipes against M. brunneum (adjusted p < 0.001).

3.3. Antifungální aktivita surových extraktů

Dva druhy hub byly analyzovány odděleně (životaschopnost konidií na PDA se mezi těmito dvěma druhy liší). U M. robertsii byly průměrné jednotky tvořící kolonie (CFU) mezi houbovými a kontrolními ošetřeními významně odlišné (F=18.08, df=2, p < 0 .001) (Obrázek 5a). Surové extrakty z R. virginicus, ale nikoli dělnice R. flavipes, vykazovaly významnou antifungální aktivitu proti M. robertsii ve srovnání s kontrolou (upraveno p < 0.001 a p=1.{{{{101} 10}}). Antifungální aktivita extraktů R. virginicus proti M. robertsii byla významně vyšší než antifungální aktivita extraktů R. flavipes proti M. robertsii (upraveno p < 0,001). Pro M. brunneum byly průměrné CFU (obrázek 5b) mezi houbovou a kontrolní léčbou významně odlišné (F=27,26, df=2, p < 0,001). Surové extrakty R. virginicus, ale nikoli R. flavipes, vykazovaly významnou antifungální aktivitu proti M. brunneum ve srovnání s kontrolou (upraveno p < 0,001 a p=0,072, v tomto pořadí). Antifungální aktivita extraktů R. virginicus proti M. brunneum byla významně vyšší než antifungální aktivita R. flavipes proti M. brunneum (upraveno p < 0,001).

Obrázek 2. Alarmová reakce na napadení houbou. Boxplots představují distribuci LOM (LOM skóroval u 709 jedinců označených barvou). Rámečky odpovídají vzdálenosti mezi horním a dolním kvartilem od mediánu (IQR). Vousy odpovídají 1,5 × IQR. Kroužky a hvězdičky zobrazují odlehlé hodnoty nad 1,5 × IQR nebo 3 × IQR. Různá písmena označují významné rozdíly mezi distribucemi pro houbové a kontrolní ošetření (upraveno Bonferroni). Rf odpovídá R. flavipes, Rv R. virginicus, Mr M. robertsii a Mb M. brunneum.

3.4. Allogrooming mezi vyzvanými páry

Četnost záchvatů alogroomingu se významně snížila s houbovými výzvami (průměr výzvy {{0}},55, průměr kontroly=8,80, t=−4,461, p < {{20}}.001). Průměrná doba trvání allgroomingu se však významně prodloužila s houbovými výzvami (průměr výzvy=19,01 s, průměr kontroly=5,62 s, t=4,876, p < 0,001). Doba trvání záchvatů alogomingu pro každou interakci mezi páry termitů se významně lišila mezi ošetřeními a kontrolami (F=7,166, df=5, p < 0,001) (obrázek 6). Trvání alogomingu na událost bylo významně zvýšeno u párů R. flavipes léčených M. robertsii (upraveno p < 0,001) nebo M. brunneum (upraveno p=0,037) ve srovnání s kontrolami, ale nikoli u léčených párů R. virginicus s M. robertsii (upraveno p=1.000) nebo M. brunneum (upraveno p=1.000) vzhledem k ovládacím prvkům.

Obrázek 3. Přežití dvou termitů oproti jednomu bylo porovnáno s rizikovými poměry smrti (n=80 párů, 96 jednotlivců). Rf odpovídá R. flavipes, Rv R. virginicus, Mr M. robertsii a Mb M. brunneum. Čas byl log transformován pro výpočet hodnot R2.

Obrázek 4. Přežití jednotlivých termitů po napadení houbami (n=96). Rf odpovídá R. flavipes, Rv R. virginicus, Mr M. robertsii a Mb M. brunneum. Podrobnosti o statistických rozdílech mezi ošetřeními najdete v textu. Významné rozdíly v přežití pro párová srovnání byly založeny na Breslowových testech (generalizované Wilcoxonovy testy). * Významný rozdíl mezi ošetřeními (p < 0,025 Bonferroniho upraveno).

Obrázek 5. Antifungální aktivita surového extraktu proti M. robertsii (a) a M. brunneum (b). Hodnoty nad sloupci představují průměrné CFU (±SD) a různá písmena označují významné rozdíly (upraveno Bonferroni). Rf odpovídá R. flavipes a Rv R. virginicus. Analýza použila dva replikáty z 5 kolonií od každého druhu termitů, 6 replikátů pro kontrolu Rf a 2 replikáty pro kontrolu Rv.

Obrázek 6. Doba trvání alokace na interakci (n=161 událostí alokace). Hodnoty nad sloupci představují střední dobu trvání interakcí alogroomingu (±SD) a různé kombinace písmen indikují významné rozdíly (upraveno Bonferroni). Rf odpovídá R. flavipes, Rv R. virginicus, Mr M. robertsii a Mb M. brunneum.

4. Diskuze

R. flavipes spoléhá na sociální mechanismy obrany proti místním houbovým patogenům ve větší míře než R. virginicus. U pracovníků R. flavipes vystavených některým druhům Metarhizium existovala silná negativní korelace mezi dobou, kterou dva termiti strávili společně, a jejich pravděpodobností úhynu vzhledem k napadeným jednotlivým termitům. Poměr rizika úmrtí ve vztahu k napadeným jednotlivým termitům byl snížen na polovinu přibližně za dvě hodiny (obrázek 3). Časné sociální interakce se proto zdají být rozhodující pro přežití, když pracovníci R. flavipes narazí na nízké koncentrace konidií Metarhizium. Naproti tomu dělnice R. virginicus vykazovaly slabou korelaci mezi dobou, kterou dva termiti strávili společně, a jejich pravděpodobností úhynu. Na rozdíl od R. virginicus také pracovní páry R. flavipes významně prodloužily trvání záchvatů alogomingu po napadení plísní (obrázek 6). K tomuto nárůstu pravděpodobně vedlo detekce konidií na kutikule hnízdních kamarádů. Zdá se, že účinnější odstranění konidií z kutikulárních povrchů prodloužením trvání záchvatů alogomingu odpovídá za vynikající sociální imunitu R. flavipes. Naše výsledky také naznačují, že R. virginicus se ve větší míře než R. flavipes spoléhá na jednotlivé vrozené mechanismy obrany proti místním houbovým patogenům. Úmrtnost jednotlivých dělnic R. flavipes napadených některým z druhů Metarhizium byla významně vyšší než úmrtnost dělnic R. virginicus (obrázek 4). Již dříve se ukázalo, že antimykotická aktivita kutikulárních výplachů dělnic R. virginicus proti konidiím Metarhizium je výrazně silnější než aktivita dělnic R. flavipes [20]. Antifungální aktivita surových extraktů celých termitů byla také silnější u R. virginicus než u R. flavipes (obrázek 5). Tyto extrakty zahrnují sloučeniny ze střevních symbiontů, které spolu s termitovými antimykotiky mohou také přispívat k eliminaci požitých konidií [26]. Variace v poměrech rizik smrti a jejich slabá korelace s dobou oddělení u pracovníků R. virginicus je v souladu s větší závislostí na vrozených imunitních obranných mechanismech, které se u jednotlivců liší spíše než na mechanismech sociální imunity. R. flavipes také vykazovala větší závislost na sociální imunitě, když byly skupiny 12 pracovníků krátce vystaveny vysokým koncentracím konidií M. robertsii. Bezprostředně po expozici konidiím M. robertsii vykazovaly oba druhy termitů zvýšené LOM. Tato poplachová aktivita byla významně vyšší u R. flavipes než u R. virginicus (obrázek 2) a odolnost vůči fatálním infekcím byla také významně vyšší u R. flavipes než u R. virginicus (obrázek 1). Naproti tomu na konidie M. brunneum byla zvýšená, ale slabá poplachová reakce. V souladu s tímto výsledkem bylo již dříve prokázáno, že zvýšený alarm u R. flavipes v reakci na konidie různých kmenů a druhů Metarhizium koreluje se zvýšeným alogroomingem a přežitím [23]. Pracovníci R. flavipes mohou mít nižší práh než pracovníci R. virginicus pro společné rozpoznání a účinnou reakci na kutikulární kontaminaci konidiemi M. robertsii. M. robertsii, který je nejrozšířenějším druhem Metarhizium na našem pracovišti [24], může představovat hrozbu pro R. flavipes, která vyžaduje silnou sociální imunitní odpověď, protože tento termit má proti němu relativně slabou vrozenou imunitní obranu. Účinnost antimykotických sloučenin spojených se sekrecí slinných žláz je pravděpodobně zásadní pro individuální obranyschopnost pozorovanou v této studii [20]. Tyto sloučeniny jsou přítomny na povrchu pracovníků před napadením plísněmi, protože jsou vyjádřeny konstitutivně a jsou neustále šířeny bazálními úrovněmi alogomingu, který proto integruje individuální a sociální obranu. Tento gestalt pravděpodobně zahrnuje malý antifungální peptid termicin podobný defensinu, který je vylučován do slinné žlázy a je kriticky důležitý pro obranu proti fatálním infekcím způsobeným Metarhizium [27]. Studie R. flavipes a R. virginicus ze stejného sběrného místa v Marylandu použitá v této studii odhalila, že termiciny nedávno čelily selektivnímu zametání, které mělo za následek snížení nukleotidového polymorfismu, a toto snížení bylo větší u R. flavipes než u R. virginicus [28].

Desert ginseng—Improve immunity (3)

cistanche tubulosa-zlepšuje imunitní systém

Sweep mohl být a možná i nadále bude závažnější pro R. flavipes, protože R. virginicus má účinnější vrozené imunitní mechanismy, které snižují jeho závislost na termicinech při obraně proti nedávné houbové epidemii. Alternativně mohou adaptivní omezení evoluce termitů (nedostatek genetických variací) ponechat R. flavipes slabší zbraně tváří v tvář nové houbové epidemii. Omezení adaptivní změny termicinů pod silným selektivním tlakem je patrné také u australského Nasutitermese [29]. Zdá se, že stochastický proces genové duplikace uvolnil toto omezení v různých nasute liniích, což mělo za následek opakovanou evoluci dvou termicinů s různými molekulárními náboji. To mohlo prospět protiplísňové obraně, protože dva terminály s různými vlastnostmi náboje omezují příležitosti pro vývoj rezistence plísní vůči nim. Termiti vykazující poplach (LOM) po vystavení vysoké dávce konidií měli menší pravděpodobnost úhynu během dvou týdnů než jedinci nevykazující žádný alarm. LOM pozitivně korelují s agregací dělnic R. flavipes a alogroomingem [23], což naznačuje, že jedinci, kteří v této studii vykazovali poplach, požadovali více péče od hnízdních kamarádů. LOM jsou zřídka hlášeny ve výzkumu zkoumajícím infekce Metarhizium u termitů a byly vyloučeny z toho, že hrají roli při signalizaci expozice patogenu [30]. Mohou však chybět, protože se nevyskytují u izolovaných jedinců, nejsou v podstatě vyvolány určitými kmeny a druhy Metarhizium, trvají přibližně 3 minuty po stimulaci, než eskalují, a odezní přibližně po 30 minutách [22,23]. Naše výsledky naznačují, že LOM komunikují nouzovou výstrahu po vystavení vysoké dávce konidií, které jsou detekovány při alogroomingu. LOM však nejsou nutné pro proaktivní behaviorální odezvu, protože doba trvání alokace se prodloužila po expozici nízkým dávkám, kdy byly LOM zanedbatelné.

5. Závěry

Zdá se, že LOM jsou součástí nouzové reakce na silnou kutikulární kontaminaci, která využívá síťovou komunikaci k rychlé eskalaci odstranění a zničení většiny konidií, než mají šanci se pevně uchytit a vyklíčit, což trvá přibližně 12 hodin [31]. Tato nouzová reakce bude pravděpodobně energeticky nákladná. Zvýšená sociální imunita u R. flavipes v reakci na M. robertsii může být adaptivním kompromisem, který R. virginicus nemusí dělat ve stejné míře, protože má účinnější vrozené imunitní mechanismy. Pokud čelíme nízkým úrovním expozice patogenům, kterým musí pracovníci shánějící potravu běžně odolávat, zdá se, že alogrooming také kompenzuje slabé vrozené imunitní mechanismy.

Reference

1. Cremer, S.; Vytáhněte, CD; Fuerst, MA Sociální imunita: Vznik a vývoj ochrany před nemocemi na úrovni kolonií. Annu. Entomol. 2018, 63, 105–123. [CrossRef] [PubMed] 2. Cremer, S.; Armitage, SA; Schmid-Hempel, P. Sociální imunita. Curr. Biol. 2007, 17, R693–R702. [CrossRef] [PubMed]

3. Evans, JD; Aronstein, K.; Chen, YP; Hetru, C.; Imler, JL; Jiang, H.; Kanost, M.; Thompson, GJ; Zou, Z.; Hultmark, D. Imunitní dráhy a obranné mechanismy u včel Apis mellifera. Insect Mol. Biol. 2006, 15, 645–656. [CrossRef] [PubMed]

4. Harpur, BA; Zayed, A. Zrychlená evoluce proteinů přirozené imunity u sociálního hmyzu: Adaptivní evoluce nebo uvolněné omezení? Mol. Biol. Evol. 2013, 30, 1665–1674. [CrossRef] [PubMed]

5. On, S.; Sieksmeyer, T.; Che, Y.; Mora, MAE; Štíblík, P.; Banasiak, R.; Harrison, MC; Šobotník, J.; Wang, Z.; Johnston, PR; a kol. Důkaz pro sníženou diverzitu a aktivitu imunitních genů během evoluce termitů. Proč. R. Soc. Ser. B 2021, 288, 20203168. [CrossRef]

6. Bulmer, MS; Stefano, AM Eusocialita termitů a kontrastní selektivní tlak na sociální a vrozenou imunitu. Chovej se. Ecol. Sociobiol. 2022, 76, 1–12. [CrossRef]

7. Yanagawa, A.; Shimizu, S. Odolnost termitu, Coptotermes formosanus Shiraki vůči Metarhizium anisopliae v důsledku péče. BioControl 2007, 52, 75–85. [CrossRef]

8. Rosengaus, RB; Traniello, JF; Bulmer, MS Ekologie, chování a vývoj odolnosti vůči chorobám u termitů. In Biologie termitů: Moderní syntéza; Bignell, DE, Roisin, Y., Lo, N., Eds.; Springer: Londýn, Spojené království, 2011; s. 165–192.

9. Žukovskaja, M.; Yanagawa, A.; Forschler, BT Grooming chování jako mechanismus obrany proti chorobám hmyzu. Hmyz 2013, 4, 609–630. [CrossRef]

10. Milner, RJ Selekce a charakterizace kmenů Metarhizium anisopliae pro kontrolu půdního hmyzu v Austrálii. In Biologická kontrola kobylky a kobylky; Lomer, CJ, Prior, C., Eds.; CAB International: Wallingford, Spojené království, 1991; s. 200–207.

11. Traniello, JF; Leuthold, RH Chování a ekologie shánění potravy u termitů. In Termiti: evoluce, socialita, symbiózy, ekologie; Abe, T., Bignell, DE, Higashi, M., Higashi, T., Abe, Y., Eds.; Springer: Dordrecht, Nizozemsko, 2000; s. 141–168.

12. Vargo, E.; Husseneder, C. Biologie podzemních termitů: Postřehy z molekulárních studií Reticulitermes a Coptotermes. Annu. Entomol. 2009, 54, 379–403. [CrossRef]

13. Abe, T. Evoluce typů života u termitů. In Evoluce a koadaptace v biotických společenstvech; Kowana, S., Connell, JH, Hidaka, T., Eds.; University of Tokyo Press: Tokio, Japonsko, 1987; s. 128–148.

14. Shellman-Reeve, JS Spektrum eusociality u termitů. In Vývoj sociálního chování u hmyzu a pavoukovců; Choe, JC, Crespi, BJ, Eds.; Cambridge University Press: Cambridge, Spojené království, 1997; s. 52–93.

15. Griffiths, HM; Eggleton, P.; Hemming-Schroeder, N.; Swinfield, T.; Woon, JS; Allison, SD; Coomes, DA; Ashton, LA; Parr, CL Tok uhlíku a dynamika lesa: Zvýšený rozklad mrtvého dřeva v mezerách v korunách stromů v tropickém deštném pralese. Glob. Chang. Biol. 2001, 27, 1601–1613. [CrossRef]

16. Guo, C.; Tuo, B.; Ci, H.; Yan, ER; Cornelissen, JH Dynamická zpětná vazba mezi funkčními vlastnostmi stromu, populacemi termitů a obratem mrtvého dřeva. J. Ecol. 2021, 109, 578–1590. [CrossRef]

17. Zanne, AE; Flores-Moreno, H.; Powell, JR; Cornwell, WK; Dalling, JW; Austin, AT; Classen, AT; Eggleton, P.; Okada, KI; Parr, CL; a kol. Citlivost termitů na teplotu ovlivňuje globální rychlost rozkladu dřeva. Věda 2022, 377, 1440–1444. [CrossRef] [PubMed]

18. Liu, L.; Wang, W.; Liu, Y.; Sun, P.; Lei, C.; Huang, Q. Vliv alogomingového chování na individuální vrozenou imunitu u podzemního termita Reticulitermes chinensis (Isoptera: Rhinotermitidae). J. Insect Sci. 2019, 19, 6. [CrossRef] [PubMed]

19. Polizzi, JM; Forschler, BT Intra- a interspecifický agonismus u Reticulitermes flavipes (Kollar) a R. virginicus (Banks) a účinky velikosti arény a skupiny v laboratorních testech. Insectes Sociaux 1998, 45, 43–49. [CrossRef]

20. Hamilton, C.; Lay, F.; Bulmer, profylaktické sekrece podzemních termitů a vnější protiplísňová obrana. J. Insect Physiol. 2011, 57, 1259–1266. [CrossRef]

21. Rosengaus, RB; Jordan, C.; Lefebvre, ML; Traniello, JFA Patogenní poplachové chování termitu: Nová forma komunikace u sociálního hmyzu. Sci. Nat. 1999, 86, 544–548. [CrossRef]

22. Myles, TG Alarm, agregace a obrana Reticulitermes flavipes v reakci na přirozeně se vyskytující izolát Metarhizium anisopliae. Sociobiologie 2002, 40, 243–256.

23. Bulmer, MS; Franco, BA; Fields, EG podzemní termit sociální alarm a hygienické reakce na houbové patogeny. Hmyz 2019, 10, 240. [CrossRef]

24. Denier, D.; Bulmer, MS Variace v citlivosti podzemních termitů na smrtelné infekce místními půdními izoláty Metarhizium. Insectes Sociaux 2015, 62, 219–226. [CrossRef]

25. Bischoff, JF; Rehner, SA; Humber, RA Multilokusová fylogeneze linie Metarhizium anisopliae. Mycologia 2018, 101, 512–530. [CrossRef]

26. Rosengaus, RB; Schultheis, KF; Yalonetskaya, A.; Bulmer, MS; DuComb, WS; Benson, RW; Thottam, JP; Godoy-Carter, V. Symbiont-odvozené -1, 3-glukanázy u sociálního hmyzu: Mutualismus za výživou. Přední. Microbiol. 2014, 5, 607. [CrossRef] [PubMed]

27. Hamilton, C.; Bulmer, MS Molekulární antifungální obrana u podzemních termitů: RNA interference odhaluje in vivo role konce a GNBP proti přirozeně se vyskytujícímu patogenu. Dev. Comp. Immunol. 2012, 36, 372–377. [CrossRef] [PubMed]

28. Bulmer, MS; Lay, F.; Hamilton, C. Adaptivní evoluce v podzemních termitových antifungálních peptidech. Insect Mol. Biol. 2010, 19, 669–674. [CrossRef] [PubMed]

29. Bulmer, MS; Crozier, RH Duplikace a diverzifikace výběru mezi termitími antifungálními peptidy. Mol. Biol. Evol. 2004, 21, 2256–2264. [CrossRef]

30. Moran, MN; Aguero, CM; Eyer, PA; Vargo, EL Záchranná strategie v termitu: Pracovníci vystavení houbovému patogenu jsou reintegrováni do kolonie. Přední. Ecol. Evol. 2022, 10, 840223. [CrossRef]

31. Davis, ON; Meconcelli, S.; Radek, R.; McMahon, DP Termiti utvářejí svou kolektivní behaviorální reakci na základě stádia infekce. Sci. Rep. 2018, 8, 14433. [CrossRef]

Faktory ovlivňující únik Arboviru Midgut u komárů

Návrat k normálnímu životu před COVID-19 je zpožďován nespravedlivým přidělováním vakcín a variantami SARS-CoV-2

Překonání imunitního deficitu pomocí Allogroomingu

Mohlo by se Vám také líbit

Odeslat dotaz

Znalost

Překonání imunitního deficitu pomocí Allogroomingu

Mohlo by se Vám také líbit

Odeslat dotaz