ДЕЙСТВИЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И НЕМАТОЦИДОВ НА ПОВЕДЕНИЕ ПОЧВЕННЫХ НЕМАТОД CAENORHABDITIS ELEGANS И CAENORHABDITIS BRIGGSAE
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ, ОКАЗЫВАЮЩИХ НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМЫ ЧЕЛОВЕКА И CAENORHABDITIS ELEGANS (Обзор литературы) 7
1.1 Действие температуры на организмы пойкилотермных
животных 7
1.2 Роль холинергической системы в функциях организмов человека и
животных 22
1.3 Холинергические системы нематод и человека как мишень действия
нематоцидов 27
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 34
2.1 Объект исследования 34
2.2 Методы исследования 41
2.3 Обработка результатов 43
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 44
3.1 Активация холинергической системы организмов Caenorhabditis
elegans и Caenorhabditis briggsae умеренным тепловым стрессом 44
3.2 Модуляция чувствительности никотиновых рецепторов ацетилхолина
почвенной нематоды Caenorhabditis elegans тепловым стрессом и агонистами мускариновых рецепторов ацетилхолина 49
3.3 Действие агонистов мускариновых рецепторов ацетилхолина на
организм почвенной нематоды Caenorhabditis briggsae 55
3.4 Почвенная нематода Caenorhabditis briggsae как перспективная модель для изучения действия нематоцидов-агонистов никотиновых рецепторов
ацетилхолина 62
ВЫВОДЫ 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
ЛИТЕРАТУРА 74
ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ, ОКАЗЫВАЮЩИХ НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМЫ ЧЕЛОВЕКА И CAENORHABDITIS ELEGANS (Обзор литературы) 7
1.1 Действие температуры на организмы пойкилотермных
животных 7
1.2 Роль холинергической системы в функциях организмов человека и
животных 22
1.3 Холинергические системы нематод и человека как мишень действия
нематоцидов 27
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 34
2.1 Объект исследования 34
2.2 Методы исследования 41
2.3 Обработка результатов 43
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 44
3.1 Активация холинергической системы организмов Caenorhabditis
elegans и Caenorhabditis briggsae умеренным тепловым стрессом 44
3.2 Модуляция чувствительности никотиновых рецепторов ацетилхолина
почвенной нематоды Caenorhabditis elegans тепловым стрессом и агонистами мускариновых рецепторов ацетилхолина 49
3.3 Действие агонистов мускариновых рецепторов ацетилхолина на
организм почвенной нематоды Caenorhabditis briggsae 55
3.4 Почвенная нематода Caenorhabditis briggsae как перспективная модель для изучения действия нематоцидов-агонистов никотиновых рецепторов
ацетилхолина 62
ВЫВОДЫ 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
ЛИТЕРАТУРА 74
В связи с широким распространением паразитических нематод в организмах людей, домашних и сельскохозяйственных животных и в природе эти черви являются объектами многочисленных исследований в биологии, медицине и ветеринарии. У человека зарегистрировано более 300 видов гельминтов, относящихся к разным систематическим группам, у сельскохозяйственных, промысловых и диких животных - более 2000 видов. Гельминтозы распространены у мелких домашних животных и рыб. Большой ущерб приносят нематоды растениеводству и лесному хозяйству.
Опасность паразитических нематод усугубляется глобальным изменением климата Земли, из-за которого сдвигаются их температурные ниши и ускоряется генетическая адаптация к антигельминтным средствам [3-
Так как использование паразитических нематод для экспериментальной оценки биологической активности потенциальных нематоцидов осложняется их опасностью, особенностями жизненного цикла, невозможностью культивирования в лабораторных условиях вне организма хозяина и ограниченными возможностями проведения генетического анализа устойчивости к нематоцидам, в последние три десятилетия для этой цели используется свободноживущая почвенная нематода Caenorhabditis elegans, которая является удобным модельным организмом и объектом исследования в молекулярной биологии и генетике.
В то же время одной из сложнейших проблем изучения нематод как паразитических, так и свободноживущих является исследование действия многочисленных факторов среды, абиотических (температура, влажность, смена сезонов, осмотическое давление и т.д.), биотических (плотность популяции, смертность, рождаемость и т.д.) и антропогенных (пестициды, ~ тяжелые металлы, и др. химические вещества) на организмы нематод в их естественных местообитаниях. Тем более сложно исследовать
одновременное влияние нескольких факторов среды на организмы этих нематод и объяснять причины нарушения поведения организмов в тех или иных случаях действия одного фактора или сочетанного действия нескольких факторов среды.
Лабораторное моделирование действия отдельных факторов среды (температура, плотность особей в популяции, воздействие пестицидов и тяжелых металлов) на организмы Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae может не только объяснить действие этих факторов на организмы нематод в природе, но и выявить неизвестные взаимодействия между эффектами этих факторов.
В настоящее время во многом остаются открытыми вопросы как о причинах нарушения функций организмов нематод, таких как поведение, размножение и выживаемость, превышением физиологического оптимума температуры, происходящего как при изменении сезона, так и при изменении климата, так и о механизмах адаптации к этому превышению. Также неизвестно, какое влияние оказывает превышение физиологического оптимума температуры на толерантность организмов нематод, как паразитических, так и свободноживущих, к действию антигельминтных средств и инсектицидов, используемых в сельском хозяйстве.
Целью работы явилось исследования влияния температуры среды на токсическое действие нематоцидов - агонистов никотиновых рецепторов ацетилхолина на организмы свободноживущих нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae.
Задачи:
1. Изучение влияния теплового стресса на холинергическую систему нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae.
2. Выяснение механизма влияния высокой температуры на
холинергическую систему нематод, являющуюся мишенью действия нематоцидов.
3. Исследование влияния теплового стресса и агонистов мускариновых рецепторов ацетилхолина на чувствительность никотиновых рецепторов Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae к нематоцидам - агонистам этих рецепторов.
4. Исследование взаимодействия теплового стресса и агонистов мускариновых холинорецепторов в модуляции чувствительности никотиновых рецепторов ацетилхолина в организмах нематод.
5. Сравнительное исследование чувствительности организмов Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae к нематоцидам - агонистам никотиновых рецепторов ацетилхолина.
Научная новизна работы:
Впервые показано, что чувствительность никотиновых рецепторов ацетилхолина и модуляции этих рецепторов активацией мускариновых рецепторов ацетилхолина у почвенной нематоды Caenorhabditis briggsae значительно выше, чем у нематоды того же рода Caenorhabditis elegans. Умеренный тепловой стресс и агонисты мускариновых рецепторов вызывают сенситизацию никотиновых холинорецепторов нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae, при наличии синергизма этих воздействий на организм.
Практическая значимость работы:
1. Показано, что Caenorhabditis briggsae является более удобным модельным организмом для изучения механизмов действия и эффективности нематоцидов - агонистов никотиновых рецепторов ацетилхолина чем Caenorhabditis elegans, который широко используется для этих целей.
2. Эксперименты с модельными организмами почвенных нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae показали, что ~ эффективность нематоцидов - агонистов никотиновых холинорецепторов может быть усилена умеренным тепловым
стрессом и совместным действием агонистов никотиновых и мускариновых рецепторов ацетилхолина.
Опасность паразитических нематод усугубляется глобальным изменением климата Земли, из-за которого сдвигаются их температурные ниши и ускоряется генетическая адаптация к антигельминтным средствам [3-
Так как использование паразитических нематод для экспериментальной оценки биологической активности потенциальных нематоцидов осложняется их опасностью, особенностями жизненного цикла, невозможностью культивирования в лабораторных условиях вне организма хозяина и ограниченными возможностями проведения генетического анализа устойчивости к нематоцидам, в последние три десятилетия для этой цели используется свободноживущая почвенная нематода Caenorhabditis elegans, которая является удобным модельным организмом и объектом исследования в молекулярной биологии и генетике.
В то же время одной из сложнейших проблем изучения нематод как паразитических, так и свободноживущих является исследование действия многочисленных факторов среды, абиотических (температура, влажность, смена сезонов, осмотическое давление и т.д.), биотических (плотность популяции, смертность, рождаемость и т.д.) и антропогенных (пестициды, ~ тяжелые металлы, и др. химические вещества) на организмы нематод в их естественных местообитаниях. Тем более сложно исследовать
одновременное влияние нескольких факторов среды на организмы этих нематод и объяснять причины нарушения поведения организмов в тех или иных случаях действия одного фактора или сочетанного действия нескольких факторов среды.
Лабораторное моделирование действия отдельных факторов среды (температура, плотность особей в популяции, воздействие пестицидов и тяжелых металлов) на организмы Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae может не только объяснить действие этих факторов на организмы нематод в природе, но и выявить неизвестные взаимодействия между эффектами этих факторов.
В настоящее время во многом остаются открытыми вопросы как о причинах нарушения функций организмов нематод, таких как поведение, размножение и выживаемость, превышением физиологического оптимума температуры, происходящего как при изменении сезона, так и при изменении климата, так и о механизмах адаптации к этому превышению. Также неизвестно, какое влияние оказывает превышение физиологического оптимума температуры на толерантность организмов нематод, как паразитических, так и свободноживущих, к действию антигельминтных средств и инсектицидов, используемых в сельском хозяйстве.
Целью работы явилось исследования влияния температуры среды на токсическое действие нематоцидов - агонистов никотиновых рецепторов ацетилхолина на организмы свободноживущих нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae.
Задачи:
1. Изучение влияния теплового стресса на холинергическую систему нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae.
2. Выяснение механизма влияния высокой температуры на
холинергическую систему нематод, являющуюся мишенью действия нематоцидов.
3. Исследование влияния теплового стресса и агонистов мускариновых рецепторов ацетилхолина на чувствительность никотиновых рецепторов Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae к нематоцидам - агонистам этих рецепторов.
4. Исследование взаимодействия теплового стресса и агонистов мускариновых холинорецепторов в модуляции чувствительности никотиновых рецепторов ацетилхолина в организмах нематод.
5. Сравнительное исследование чувствительности организмов Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae к нематоцидам - агонистам никотиновых рецепторов ацетилхолина.
Научная новизна работы:
Впервые показано, что чувствительность никотиновых рецепторов ацетилхолина и модуляции этих рецепторов активацией мускариновых рецепторов ацетилхолина у почвенной нематоды Caenorhabditis briggsae значительно выше, чем у нематоды того же рода Caenorhabditis elegans. Умеренный тепловой стресс и агонисты мускариновых рецепторов вызывают сенситизацию никотиновых холинорецепторов нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae, при наличии синергизма этих воздействий на организм.
Практическая значимость работы:
1. Показано, что Caenorhabditis briggsae является более удобным модельным организмом для изучения механизмов действия и эффективности нематоцидов - агонистов никотиновых рецепторов ацетилхолина чем Caenorhabditis elegans, который широко используется для этих целей.
2. Эксперименты с модельными организмами почвенных нематод Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae показали, что ~ эффективность нематоцидов - агонистов никотиновых холинорецепторов может быть усилена умеренным тепловым
стрессом и совместным действием агонистов никотиновых и мускариновых рецепторов ацетилхолина.
Свободноживущая почвенная нематода Caenorhabditis elegans в последние десятилетия широко используется в качестве модельного организма для изучения механизмов действия и эффективности нематоцидов из-за большого сходства организмов свободноживущих и паразитических нематод.
Холинергическая система паразитических нематод является мишенью
действия многих нематоцидов, используемых в медицине, ветеринарии и
сельском хозяйстве и механизмом действия этих нематоцидов в основном
является гиперактивация никотиновых рецепторов ацетилхолина.
Соответственно, одним из основных факторов эффективности нематоцидов
этого типа является чувствительность никотиновых рецепторов
♦
ацетилхолина в организмах нематод.
Результаты работы показывают, что эта чувствительность не жёстко детерминирована, может быть сильно повышена действием умеренным, переносимым организмом повышением температуры окружающей среды и введением в среду агонистов мускариновых рецепторов ацетилхолина.
В действии теплового стресса и агонистов мускариновых
холинорецепторов на чувствительность никотиновых холинорецепторов почвенной нематоды Caenorhabditis elegans выявляется синергизм, который позволяет предположить, что сенситизация никотиновых холинорецепторов может быть следствием активации высокой температурой не никотиновых холинорецепторов, а мускариновых рецепторов ацетилхолина. В экспериментах с другой почвенной нематодой показано мягкое токсическое действие агонистов мускариновых рецепторов на организм нематоды, которое является следствием сенситизации никотиновых холинорецепторов, вызывающий их гиперактивацию эндогенным ацетилхолином.
Сравнительное исследование чувствительности поведения к агонистам никотиновых и мускариновых рецепторов ацетилхолина нематод одного рода
Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae показало, что у Caenorhabditis briggsae значительно выше чувствительность как к агонистам никотиновых холинорецепторв, так и к агонистам мускариновых рецепторов ацетилхолина, которые модулируют чувствительность никотиновых холинорецепторов.
Результаты этих экспериментов показали, что в ходе эволюции почвенных нематод рода Caenorhabditis появились различия чувствительности рецепторов ацетилхолина. Наличие этих различий показывает, что нематода Caenorhabditis briggsae перспективнее в качестве модельного организма для изучения действия нематоцидов - агонистов рецепторов ацетилхолина, чем Caenorhabditis elegans.
Холинергическая система паразитических нематод является мишенью
действия многих нематоцидов, используемых в медицине, ветеринарии и
сельском хозяйстве и механизмом действия этих нематоцидов в основном
является гиперактивация никотиновых рецепторов ацетилхолина.
Соответственно, одним из основных факторов эффективности нематоцидов
этого типа является чувствительность никотиновых рецепторов
♦
ацетилхолина в организмах нематод.
Результаты работы показывают, что эта чувствительность не жёстко детерминирована, может быть сильно повышена действием умеренным, переносимым организмом повышением температуры окружающей среды и введением в среду агонистов мускариновых рецепторов ацетилхолина.
В действии теплового стресса и агонистов мускариновых
холинорецепторов на чувствительность никотиновых холинорецепторов почвенной нематоды Caenorhabditis elegans выявляется синергизм, который позволяет предположить, что сенситизация никотиновых холинорецепторов может быть следствием активации высокой температурой не никотиновых холинорецепторов, а мускариновых рецепторов ацетилхолина. В экспериментах с другой почвенной нематодой показано мягкое токсическое действие агонистов мускариновых рецепторов на организм нематоды, которое является следствием сенситизации никотиновых холинорецепторов, вызывающий их гиперактивацию эндогенным ацетилхолином.
Сравнительное исследование чувствительности поведения к агонистам никотиновых и мускариновых рецепторов ацетилхолина нематод одного рода
Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae показало, что у Caenorhabditis briggsae значительно выше чувствительность как к агонистам никотиновых холинорецепторв, так и к агонистам мускариновых рецепторов ацетилхолина, которые модулируют чувствительность никотиновых холинорецепторов.
Результаты этих экспериментов показали, что в ходе эволюции почвенных нематод рода Caenorhabditis появились различия чувствительности рецепторов ацетилхолина. Наличие этих различий показывает, что нематода Caenorhabditis briggsae перспективнее в качестве модельного организма для изучения действия нематоцидов - агонистов рецепторов ацетилхолина, чем Caenorhabditis elegans.