Eusociale hymenopteras medfødte immunrespons på viral patogen udfordring

Abstrakt

I de senere år har insektimmunologi udvidet sig hurtigt i forskningsinteresse, og tilgængelig litteratur er udvidet i naturalier. Insekter bekæmper patogener gennem en række adfærdsmæssige og fysiologiske immunforsvar. Behovet for robust immunitet er især vigtigt for eusociale insekter; redekammeraternes nærhed øger eksponeringen for og overførslen af ​​patogener. Ydermere involverer eusocialitet samboer mellem tusinder af individer med karakteristisk reduceret genetisk variabilitet, hvilket øger modtageligheden for epidemiske sygdomsudbrud.

For at bekæmpe dette har de udviklet forskellige reaktioner på patogener, herunder individuelle medfødte immunforsvar, social immunitet og sekretion af potente kirtelkemikalier. Social immunitet ansat af Hymenoptera er blevet gennemgået, mens en anmeldelse har n; viruseseseseseseses udviklet til vores viden og adresserer medfødt immunitet af eusociale hymenopteraner til virale patogene angribere. Vi hævder, at en sådan gennemgang er vigtig for at fremme forståelsen af ​​Hymenopteran biologi og er afgørende for anvendte interesser. Vi hævder yderligere, at implikationerne af eusocial Hymenopteran medfødt immunitet er vidtrækkende; deres succes er en kilde til både betydelige økonomiske tab i tilfælde af invasive myrer og betydelig økonomisk gevinst i tilfælde af honningbien Apis mellifera.

Både insektimmunologi og human immunologi hører til immunologigrenen af ​​biologi, men de studerer hovedsageligt forskellige biologiske systemer. Insektimmunologi studerer insekters immunsystem, og hvordan det reagerer på eksterne patogener, mens human immunologi studerer menneskers immunsystem, og hvordan det fungerer til at forsvare sig mod eksterne patogener. Selvom de to forskningsobjekter er forskellige, er der nogle sammenhænge mellem de to. For eksempel kan nogle forskningsresultater inden for insektimmunologi give inspiration og reference til human immunologi, og nogle højeffektive antimikrobielle peptidmolekyler fundet i insektimmunologi kan også bruges til at udvikle immunmedicin til det menneskelige immunsystem. Derudover giver insektimmunologi også nogle eksempler på forskning i interaktionen mellem patogener og værtens immunsystem til human immunologi og giver nogle referencer til opdagelse og udvikling af nye humane immunlægemidler. I vores daglige liv skal vi forbedre vores immunitet. Vi fandt ud af, at Cistanche kan forbedre immuniteten. Cistanche er rig på en række antioxidantstoffer, såsom C-vitamin, carotenoider osv. Disse ingredienser kan fjerne frie radikaler, reducere oxidativt stress og forbedre immunsystemets modstandsdygtighed.

Klik cistanche tubulosa fordele

Nøgleord:

immunitet, eusocial Hymenoptera, virus.

Virale patogener er blandt de vigtigste og mindst grundigt forståede af de immunudfordringer, som eusociale insekter står over for (Lester et al. 2019). Vira i familien Solinviviridae er naturlige fjender af de store eusociale skadedyr, den røde importerede ildmyre Solenopsis invicta (Valles et al. 2004, Valles and Rivers 2019) og den tawny skøre myre Nylandria fulva (Hymenoptera: Formicidae et al.) (Valles et al. 2004, Valles and Rivers 2019). 2012). Introduktionen af ​​disse patogener til invasive områder er et område af biologisk kontrolinteresse. Samtidig er honningbien Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) plaget af kolonikollapslidelse forbundet med virusinfektion (Chejanovsky et al. 2014), og kolonisucces afhænger af evnen til at reagere på udfordringer fra disse patogener. Invasive myrearter er ansvarlige for milliarder af amerikanske dollars i tab årligt til en række økonomiske interesser (Lard et al. 2006, Adams 2019).

Omvendt er honningbien et af de vigtigste insekter med hensyn til økonomisk bidrag, og opretholdelse af deres sundhed som reaktion på virale patogener, der plager dem, er vigtigt for utallige interesser (Genersch 2010). Denne gennemgang bygger på det seneste og voksende arbejde, der beskriver eusociale insekters immunresponser, med primær interesse fokuseret på det medfødte immunsystem. Vi starter med kort at beskrive social immunitet på koloniniveau med særlig opmærksomhed på koloniskalaforsvar. Vi indsnævrer derefter omfanget til det individuelle niveau, med fokus på det medfødte immunrespons. Vi præsenterer en samling af den stadigt stigende mængde litteratur og forskning om det eussociale medfødte immunrespons på virale patogener og tilbyder nogle nye spørgsmål at forfølge i fremtidigt arbejde inden for dette spændende felt.

Eusocialitet hos insekter har udviklet sig uafhængigt flere gange, især i termitter og Hymenoptera (Nowak et al. 2010, Quiñones og Pen 2017). På trods af fordelene ved eusocialitet skaber miljøet skabt af fællesliv også et befordrende scenarie for parasitter og patogener; konstant tilgængelighed af fødekilder, tilstedeværelse af sårbare umodne og gæstfrie omgivende temperaturer giver et exceptionelt miljø for høje patogen- og parasitbelastninger (Feldhaar og Gross 2008). Øget kontakt mellem redekammerater kan føre til øget mulighed for patogentransmission, og øget slægtskab klassisk til den eussociale struktur resulterer i lignende modtagelighed for patogener (Baracchi et al. 2012b). Denne kombination af egenskaber er yderst befordrende for epidemiske sygdomsudbrud (Quevillon 2018, Pinilla-Gallego et al. 2020). Af disse grunde fremmede fremkomsten af ​​den eusociale kolonistruktur behovet for en stærk reaktion på en række angribere, både patogene og parasitære. Eusociale insekter imødekommer denne udfordring gennem mange veje, fra bred social immunrespons til den individuelle, kemisk medierede medfødte immunrespons.

Fordi hvirvelløse dyr, herunder eusociale insekter, ikke har et ægte antistof-medieret immunsystem, er deres succes i høj grad påvirket af deres evne til at fungere som en enhed i immunrespons på koloniniveau (social immunitet) og på individniveau via medfødt immunforsvar. svar (Erler et al. 2011, Myllymäki og Rämet 2014, Palmer og Jiggins 2015). Gennem historien har et evolutionært "våbenkapløb" udspillet sig mellem insektværter og de patogener, der inficerer dem (Erler et al. 2011). Insektrespons på patogener på immunologisk niveau er et interesseområde, der er blevet grundigt undersøgt i myg og Dipteran-modelorganismen Drosophila (Diptera: Drosophilidae) (Palmer og Jiggins 2015). Nylig interesse med fokus på immunitet i sociale Hymenoptera afspejler en voksende bevidsthed om deres betydning for menneskelige interesser.

Social immunitet på superorganismeniveau

Udtrykket "social immunitet" refererer til de adfærdsmæssige tilpasninger og modifikationer, der bidrager til både individets og koloniniveauets forsvar mod infektion. Social immunitet er afhængig af koloniens samarbejde for at undgå, afbøde og fjerne parasitinfektioner (Cremer et al. 2007, Cremer og Sixt 2009, Erler et al. 2011, Cremer et al. 2018). Sociale insekter viser et imponerende repertoire af disse adfærdsmæssige, koloniomfattende immunforsvar. Parringsstrategier kan være blandt de første forsvar mod patogentrussel; sociale insekt-hunlige reproduktiver er stort set monogame og parrer sig i en enkelt begivenhed, hvorved overførslen af ​​patogener og parasitter til de primære reproduktiver reduceres og potentialet for vertikal patogenoverførsel mindskes (Cremer et al. 2007). A. mellifera immunrespons på angribere starter uden for kolonien med specialiserede gatekeeper honningbier stationeret ved koloniindgangen for at nægte inficerede eller parasiterede individer adgang til reden (Waddington og Rothenbuhler 1976, Drum og Rothenbuhler 1985, Cremer et al. 2007).

Når den første linje af checkpoint-forsvar er utilstrækkelig til at forhindre fjendens invasion, indsættes et væld af andre sociale immunresponser, herunder allogrooming til fjernelse af parasitter, social feber til varmedræbende bakterier og profylaktisk optagelse af harpikser, der understøtter og øger kemisk resistens over for infektion. (Cremer et al. 2007). Social feber hos myrer (Cremer 2019) og honningbier (Goblirsch et al. 2020) kan effektivt tilberede mikroorganismer og parasitære angribere, enten neutralisere eller reducere truslen fra sådanne angribere (Sugahara og Sakamoto 2009, Goblirsch et al. 2020).

Antimikrobielle peptider bidrager også bredt til både social immunitet og individuel immunrespons; honningbigift har antimikrobielle egenskaber, når det påføres neglebåndet og aflejres i kammen (Baracchi et al. 2011, Baracchi et al. 2012a, Moreau 2013, Simone-Finstrom 2017). Et lignende fænomen observeres hos udvalgte myrearter, hvor den kutikulære påføring af gift ser ud til at have sanitære implikationer (Tragust et al. 2013, Simone-Finstrom 2017). Hygiejnisk adfærd, herunder genkendelse og fjernelse af syge voksne (Baracchi et al. 2012b) og hygiejnisk fjernelse af ektoparasitter og patogener tjener som en forebyggende handling i en bred vifte af fouragerende eusociale Hymenoptera, herunder den vestlige honningbi A. mellifera (Bozic og Valentine) 1995), den asiatiske honningbi Apis kerana (Hymenoptera: Apidae) (Rath 1999) og bladskærende myrer Acromyrmex subterraneus (Hymenoptera: Formicidae) og Acromyrmex octospinosus (Hymenoptera: Formicidae) (Richard et al. 2009).

Mens social immunitet på superorganismeniveau er yderst gavnlig og kritisk i den indledende reaktion på patogeninvasion, er den ofte utilstrækkelig til at overvinde viral patogenicitet i fravær af et medfødt immunrespons (Brutscher et al. 2015). Manglen på større histokompatibilitetskomplekser, T-receptorer eller immunglobuliner, der er karakteristiske for hvirveldyrs immunsystemer, fører til en stor afhængighed af mekaniske barrierer på individuelt niveau for patogener og medfødte (kemisk medierede) immunresponser. Blandt de kendte veje, der er impliceret i eusocial insekts medfødt immunitet over for virale patogener, er immundefekten (Imd), Toll, RNAi og Janus kinase (JAK/STAT) signalveje samt sekretion af antimikrobielle peptider (AMP'er) (Barribeau et al. al. 2015, Brutscher et al. 2015, Brutscher og Flenniken 2015).

Immundefekt (Imd) Pathway

I eusocial Hymenoptera er involveringen af ​​immundefekten eller Imd-vejen i forsvaret mod vira noget kryptisk, og det overvældende flertal af forskningen om insekt-Imd er begrænset til Drosophila. Imd-vejen spiller en kompleks rolle i insekternes livshistorie og fungerer både som en immunresponsvej og en vigtig regulator i udviklingen (Erler et al. 2011). I Drosophilas immunsystem er Imd ansvarlig for reguleringen af ​​NF-kB-proteinet Relish (Dushay et al. 1996, Myllymäki og Rämet 2014) og ekspression af størstedelen af ​​Drosophila antimikrobielle peptider (AMP'er) (Myllymäki et al. 2014).

I Drosophila begynder aktivering af Imd-vejen med genkendelsen af ​​mikrobielle midler, lettet ved påvisning af patogen-associerede molekylære mønstre (PAMP'er), der er unikke for patogenet. Imd-aktivitet er oftest forbundet med bakterielle patogener, specifikt gram-negative og visse gram-positive bakterier, da PGRP-LC (transmembranreceptor) fortrinsvis binder til en mesodiaminopimelinsyre, der er unik for bakterier (Kaneko og Silverman 2005, Kleino og Silverman 2014, 2019). Den fungerer som den primære receptor i initieringen af ​​Imd-vejen ved systemisk infektion eller i lokaliseret midgut-respons i den forreste del af mellemtarmen ved lokaliseret infektion (Choe et al. 2002, Gottar et al. 2002, ZaidmanRémy et al. 2006 , Myllymäki et al. 2014). Blandt de almindelige genkendelsesfaktorer er peptidoglycan, en strukturel komponent i mange bakterielle patogener.

Mærkeligt nok kan ektopisk ekspression af PGRP i Drosophila fedtlegemet aktivere ekspressionen af ​​antimikrobielle peptider i fravær af infektion (Myllymäki et al. 2014). Inddragelse af Imd-vejen varierer afhængigt af arten af ​​det smitsomme stof; Imd spiller en større rolle i Drosophila-forsvaret mod Sindbis-virus og Cricket Paralysis Virus end Toll gør, hvorimod Imd ikke ser ud til at være stærkt involveret i clearance af Drosophila C-virus (Brutscher et al. 2015).

Nyligt arbejde understøtter implikationen af ​​Imd som reaktion på vira. Molekylært arbejde med at undersøge viralt immunrespons i den argentinske myre Linepithema humile (Hymenoptera: Formicidae) afslørede en gradient af respons på forskellige typer patogener. L. ydmyg transkriptomisk analyse af immunrespons på bakteriel Pseudomonas spp. (Pseudomonadales: Pseudomonadaceae) infektion og L. humile virus 1, hvorimod honningbipatogenet Black Queen Cell Virus ikke fremkaldte en større ændring i immunsystemets ekspression (Lester et al. 2019). Relish, en transkriptionsfaktor i Imd-vejen, er blevet klonet og sekventeret fra både Nothomyrmecia macrops (Hymenoptera: Formicidae) og adskillige Myrmecia-myrearter og er sandsynligvis impliceret i øget sekretion af antimikrobielle peptider (Schlüns og Crozier 2007, Schluns og Crozier 2009er) ). Meta-analyse af transskriptionsniveau respons i honningbien A. mellifera i Varroa midevektorerede virus eksponeringsbehandlinger viste også differentiel ekspression af Imd gener iap2 og rel (Doublet et al. 2017).

Mens eusocial insektinvolvering af Imd i viral immunrespons forbliver noget undvigende, førte nyligt arbejde i Drosophila til identifikation af dreidel, et gen, der koder for et cirkulerende protein, der er impliceret i Imd-undertrykkelse. Deidel er blevet kapret af adskillige insekt-DNA-vira, hvilket undertrykker Imd-pathway-aktivering i værtens immunrespons på virusinfektion. Dette førte igen til opdagelsen af, at kinasen IKK og transkriptionsfaktoren NF-K var kritiske for clearance af både Drosophila C-virus og Cricket Paralysis-virus (Imler 2019). Begge disse vira er medlemmer af den virale familie Dicistroviridae, som mange af de virale patogener, der er hostet af eusocial Hymenoptera, tilhører.

Betalingsvej

Som det er tilfældet med mange insektimmunveje, har størstedelen af ​​arbejdet med insekt Toll fokuseret på Drosophila. Bollen er en meget bevaret vej på tværs af slægter og er integreret i både immunrespons og udviklingsprocesser hos hvirveldyr og insekter (Evans et al. 2006). Afgiften er oftest impliceret i svampe- og grampositiv immunitet hos insekter, men beviser viser, at viral immunrespons også kan opstå ved Toll-signalering (Doublet et al. 2017, Rosales og Vonnie 2017, Lester et al. 2019, Baty et al. 2020). I Drosophila initieres Toll af spaltningen af ​​den cytokinlignende transkriptionsfaktor Spatzle og bindingen af ​​det C-terminale fragment af den leucinrige gentagelse (LRR) af Toll (Weber et al. 2007, Lindsay og Wasserman 2014).

Når Spatzle binder sig til Toll LRR, dimeriseres Toll og bliver aktiv. Efter aktivering dimeriseres Toll/interleukin-1 receptor homologi (TIR) ​​domænerne, hvilket fremmer bindingen af ​​adapterprotein MyD88 via dets TIR-domæne. MyD88 binder derefter adapterproteinrøret og rekrutterer proteinkinasen Pelle, som binder til dødsdomæner. Pelle rekruttering fører til autophosphorylering af Pelle, hvilket inducerer nedbrydning af hæmmeren Cactus. Nedbrydning af kaktus inducerer frigivelsen af ​​transkriptionsfaktorer enten Diff eller Dorsal, som derefter translokeres til kernen (Lindsay og Wasserman 2014).

Afgiften er også impliceret i immunresponset af eusocial Hymenoptera. Især er der to plausible Spatzle-ortologer tydelige i honningbiens genom (GB13503, GB15688) (Evans et al. 2006). Sekventering af honningbiens genom afslørede også to homologer af Drosophila-transkriptionsfaktoren Dorsal og de intracellulære komponenter Cactin, Pellino, TNF-receptor-associeret faktor-2 og Tollip.

Alle disse komponenter menes at spille store roller i Toll-vejen, og alle synes at være til stede i både Drosophila- og honningbiarter (Evans et al. 2006, Doublet et al. 2017). Transkriptionelle undersøgelser har impliceret Toll i en kompleks rolle i viral respons hos honningbien; unge bier eksperimentelt inficeret med Israeli Acute Paralysis Virus (IAPV) udviste øget ekspression af Toll-gener, hvorimod mere modne, naturligt inficerede bier ikke viste transkriptionel implikation af Toll (Brutscher et al. 2015, Galbraith et al. 2015). Mens myrevirusets immunrespons stadig er dårligt forstået, understøttede nyligt arbejde i den argentinske myre L. humile også troen på, at et kernesæt af immungener er involveret i myrens immunrespons på patogenudfordringen (Lester et al. 2019). Toll pathway NF-kB homolog dorsal-1A blev transkriptionelt induceret hos honningbier af arbejderkaste, når de blev parasiteret af miden Varroa, hvilket kraftigt tyder på, at Toll er impliceret som reaktion på Deformed Wing Virus (DWV) infektion, da Varroa er ansvarlig for DWV-overførsel til honningbier (Doublet et al. 2017).

Andre komponenter i Toll-vejen er også blevet identificeret i eussocial Hymenoptera. Transkriptionsfaktoren Relish er blevet klonet og sekventeret i myrearter Nothomytmecia-makroer samt flere Myrmecia-arter (Schluns og Crozier 2009, Johansson et al. 2013, Lindsay og Wasserman 2014). Tilsvarende er Toll-signalvejskomponenterne Toll, Pelle og Dorsal blevet klonet og sekventeret i Formica aquilegia (Hymenoptera: Formicidae) (Lindsay og Wasserman 2014).

Toll-signalvejen er også blevet impliceret i immunresponset fra globalt invasive myrer på udfordringen af ​​virale patogener. Lester et al, 2019 brugte RNA-sekventeringsanalyse til at identificere vira, der inficerer invasive Hymenopterans. De stærkest associerede immungener involveret i positiv-sense RNA viral infektion (Deformed Wing Virus og Linepithema humile virus-1) er peptidgenkendelsesproteiner tildelt Toll- og Imd-vejene i den invasive argentinske myre (Lester et al. 2019) ). Dette indikerer et stærkt løfte om lignende involvering af Toll-vejen i den røde importerede brandmyres reaktion på Solenopsis invicta-vira, da disse vira også er positiv-sense, enkeltstrengede RNA-vira (Valles et al. 2004).

Antimikrobielle peptider

Antimikrobielle peptider (AMP'er) er forskellige, meget konserverede og afgørende effektorer til stede i en række forskellige hvirveldyr og hvirvelløse immunsystemer. AMP'er er impliceret i immunresponset mod flere patogengrupper og virker som reaktion på patogenernes mikrobielle membraner. De består generelt af 15-20 aminosyrer og klassificeres ud fra deres aminosyrestruktur og sammensætning (Wu et al. 2018). Mens AMP'er primært er effektorer mod bakterielle patogener, er nogle effektive som reaktion på virale udfordringer (Evans og Lopez 2004, Yi et al. 2014, Wu et al. 2018).

Blandt disse er cecropiner, som oprindeligt blev identificeret og isoleret fra hæmolymfen fra cecropia-mølen Hyalophora cecropia (Lepidoptera: Saturniidae), hvorfra navnet er afledt (Hultmark et al. 1982). Mens cecropiner i vid udstrækning er impliceret i forsvaret mod gram-positive og gram-negative bakterier, hæmmer cecropin P1 viral partikelfrigivelse og dæmper viralt induceret apoptose (Schluns og Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018 reducerer dermed), viral spredning. Virkningsmekanismen involverer afbrydelse af den virale kappe og viser signifikant hæmmende virkning mod viral partikelfrigivelse (Schluns og Crozier 2009, Guo et al. 2014, Wu et al. 2018).

Adskillige AMP'er er blevet identificeret i myrer; defensiner blev genkendt via kloning og sekventering i 25 myrearter og 2 Myrmica-arter (Schluns og Crozier 2009). Blandt de identificerede AMP-associerede gener er et, der koder for en serinproteaseinhibitor, der kunne være impliceret i immunsignalering (Schluns og Crozier 2009). To AMP'er, der ligner hymenopteran og igen fra honningbien A. mellifera, er blevet identificeret i den røde importerede ildmyre Solenopsis invicta (Tian et al. 2004). Disse to AMP'er kommer stærkere til udtryk i nyligt udleverede S. invicta-dronninger end hos uparrede dronninger, hvilket tyder på en immunudfordring forbundet med parring (Evans et al. 2006). AMP'er er også blevet identificeret i giften fra nogle myrer (Kuhn-Nentwig 2003). Blandt disse er insuliner, som viser lighed med melittin fra A. mellifera. Melittin er antimikrobielt og hæmolytisk (Schluns og Crozier 2009).

Bombus arter og A. mellifera har vist sig at have kopier af AMP defensingenerne (1 kopi i Bombus og 2 kopier i A. mellifera) (Barribeau et al. 2015). Mens igen og hymenopteran er forbundet med bakteriel immunrespons, bemærker forfatterne, at den storstilede nedbrydning af væv forbundet med deflation kan udløse frigivelsen af ​​cellebundne mikroorganismer, hvilket udløser frigivelsen af ​​AMP'er som reaktion (Tian et al. 2004). Et lignende fænomen kunne være involveret i det virale immunrespons. Honningbien A. mellifera er unik i sin anvendelse af AMP'er som en form for både social og molekylær immunrespons; royalizing er et insektdefensin isoleret fra honningbiens kongelige gelé og spiller en rolle i immunitet og udvikling (Bílikova et al. 2015). Det skal dog bemærkes, at AMP'er identificeret i sociale hymenopteraner er blevet impliceret som reaktion på bakterielle (gram-positive og gram-negative) og svampepatogener (Wu et al. 2018). AMP involvering i eusocial Hymenopteran viral immunrespons er ikke blevet dokumenteret, så vidt vi ved, men beviser tyder på, at dette kunne være et spændende udforskningsområde (Lester et al. 2019).

RNAi

RNAi, eller RNA-interferens/silencing, er en meget bevaret regulatorisk og defensiv vej, hvorved Drosophila og andre insekter bekæmper virusinfektion. RNAi-vejen fortsætter med to hovedtrin, initiering og udførelse (Van Rij et al. 2006, Zambon et al. 2006). Ved initiering behandles dobbeltstrengede RNA'er (dsRNA) af endoribonukleaserne Dicer1 eller Dicer2 til mindre dsRNA-segmenter med 3'-overhængende ender. De behandlede, mindre RNA'er bruges til initiering af RNAi-udførelsestrin (Zambon et al. 2006, Brutscher og Flenniken 2015, Brutscher et al. 2015). Efter initiering inkorporeres små RNA-sektioner i RISC eller RNA-induceret silencing-kompleks. Dette involverer binding af skabelonstrengen til et Argonaut-protein. Antisense-strengen af ​​de små dsRNA'er inkorporeres derefter i RISC'en af ​​protein r2d2 (Schwarz et al. 2004). Den enestreng af dsRNA'et, der er inkorporeret i RISC'et af Argonaut-proteinbinding, forbliver og fungerede som en guide til at lokalisere komplementært mRNA.

Dette kaldes guidestrengen. Binding til mRNA'er i cellen er præcis på grund af vejledning ved baseparring mellem strengen bundet til RISC og målet. Efter binding initierer og katalyserer Argonaut spaltningen af ​​det målrettede mRNA, hvilket resulterer i nedbrydning. Processen ligner, når mikroRNA'er bruges som guidestrengen i Argonaut, men miRNA guiding kan resultere i upræcis binding og nedbrydning af større mRNA'er (Schwarz et al. 2004). Selvom det er afgørende for reguleringen af ​​flere endogene mRNA'er, er RNAi-binding og nedbrydning også involveret i kontrollen af ​​vira og er meget konserveret i en række organismer, herunder planter, hvirvelløse dyr og nogle bakterier (Robbins et al. 2009).

siRNA-vejen er blevet impliceret i forsvaret mod virale patogener i Drosophila og andre insekter. Flockhouse-virusinfektion viste sig at være minimalt virulent mod Drosophila hos vildtypefluer (50 procent overlevelse 15 dage efter infektion), hvorimod Dicer-2 mutantfluer viste 60 procent dødelighed 6 dpi og 95 procent ved 15 dpi (Wang et al. . 2006). siRNA-vejen er meget konserveret og er også impliceret i det sociale Hymenopteran virale immunrespons. Størstedelen af ​​virale patogener, der inficerer den sociale Hymenopteran honningbi A. mellifera, er RNA-vira i familierne Dicistroviridae og Iflaviridae (Niu et al. 2014). Dyb sekventering udført på kolonier, der lider af kollapsforstyrrelser, identificerede rigelige 21-22 nukleotid-siRNA'er med perfekt sekvensmatching med Israeli Acute Paralysis Virus (IAPV), Kashmir Bee Virus, Deformed Wing Virus (DWV) (Hunter et al. 2010), og A. mellifera rhabdovirus-1 og -2 (McMenamin og Flenniken 2018). Reduktion af viral titer af IAPV og DWV blev demonstreret, hvilket understøtter påstanden om, at siRNA-vejen er impliceret i viral immunrespons som i Drosophila (Hunter et al. 2010). Lignende resultater blev observeret, da israelske og amerikanske honningbikolonier eksperimentelt blev udfordret med de otte forskellige virale arter (Chejanovsky et al. 2014).

På samme måde fremkaldte honningbikolonierne i Florida og Pennsylvania betydelig beskyttelse mod de negative virkninger af IAPV fra eksponering for homolog dsRNA (Hunter et al. 2010). Øget ekspression af dicer og argonaute-2 opstod ved eksponering for både en eksperimentel modelvirus (Brutscher et al. 2017) og for patogenet Israeli Acute Paralysis virus (IAPV) i honningbien (Galbraith et al. 2015). A. cerana-larver behandlet med dsRNA, der er specifikt for kinesisk Sacbrood-virus, resulterede også i en reduktion af viral titer af viruset, der var til stede i prøvekolonier (Brutscher et al. 2015, Brutscher og Flenniken 2015). Disse resultater er sandsynligvis relevante for interesser i invasiv myrerespons på virale patogener, da mange patogener, der inficerer invasive myrer, er eller tidligere var klassificeret som medlemmer af den virale familie Dicistroviridae (Lester et al. 2019, Baty et al. 2020).

JAK/STAT

I Drosophila indbefatter JAK/STAT (Janus kinase/signaltransducer og transkriptionsaktivator) pathway-ligander tre cytokinlignende proteiner navngivet upared (up), upared2 (upd2) og unpaired3 (upd3). Alle er induceret af vævsskader. Upd induceres af det bakterielle immunrespons, men upd2 og upd3 induceres som et respons på viruspatogendetektion. Som reaktion på den patogene invasion binder hvert af up-molekylerne sig specifikt til en unik receptor kaldet Domeless. I Drosophila er der henholdsvis én JAK (Avadhanula et al. 2009) og én STAT-transskriptionsfaktor, hopscotch og Stat92E.

Som reaktion på bindingen af ​​et cytokin til en receptor dimeriserer receptoren og aktiverer JAK. De aktiverede JAK'er phosphorylerer derefter hinanden såvel som specifikke tyrosinrester på receptoren, som derefter fungerer som docking-steder for Src-homologi 2-domænerne af STAT-molekylet. STAT'er fosforyleres også af JAK'erne, hvilket gør det muligt for dem at dimerisere og blive translokeret til kernen for at fungere som promotorer for deres målgener (Myllymäki og Rämet 2014).

JAK/STAT-vejen i insekter er bedst undersøgt i Drosophila, som er plaget af adskillige virale naturlige fjender. Som det er tilfældet i insektresponset på andre patogener, involverer Drosophila-immunresponset på virale patogener krydstale mellem flere systemer, inklusive Toll og JAK/STAT. Immunresponsgener induceret af svampe- og bakteriepatogeninvaderere adskiller sig fra dem, der induceres af vira, hvilket tyder på et specifikt responssystem, der er skræddersyet til de angribere, de målretter mod (Myllymäki og Rämet 2014). Det er også blevet bemærket, at mange gener aktiveres af JAK/STAT-vejen som reaktion på Drosophila C-virussen, og viral belastning og dødelighed øges med mangler i denne vej (Myllymäki og Rämet 2014).

Det er blevet påvist, at Drosophila-ekspression af cytokinerne Upd2 og Upd3 er stærkt induceret efter infektion med Cricket Paralysis Virus (familie Dicistroviridae) (Lamiable og Imler 2014). Dette er relevant for immunundersøgelser hos invasive myrer og honningbier, da mange af de patogener, der inficerer disse eusociale Hymenoptera, er medlemmer af Dicistroviridae. Ildmyrepatogenerne Solenopsis invicta virus blev oprindeligt placeret i den samme virale familie (Valles et al. 2004) og kunne reagere på samme måde som den meget mere grundigt undersøgte model Drosophila. Yderligere er siRNA- og JAK/STAT-vejene involveret i krydstale med hinanden som reaktion på patogen invasion (Niu 2015), og JAK/STAT er blevet impliceret i viral immunrespons i Hymenopteran Bombus terrestris, den buff-tailed humlebi.

For at evaluere involveringen af ​​JAK/STAT i B. terrestris virale immunrespons, dæmpede Niu, 2015 nøgle JAK/STAT-komponenten Hop før inokulering med det israelske akutte paralysevirus (IAPV) og langsom biparalysevirus (SPBV). Denne undersøgelse viste ingen signifikant sammenhæng mellem IAPV-titer sammenlignet med de uinficerede kontrolbier, men der var en signifikant stigning i SPBV-viraltiter to dage efter infektion, hvilket tyder på en tidsmæssig komponent til JAK/STAT-signalering i viralt immunrespons i B. terrestris (Niu) 2015) (Supp Material [kun online]).

Afsluttende bemærkninger

Social Hymenopteras immunrespons på udfordringen fra de virale patogener, der inficerer dem, er et dynamisk, mangefacetteret emne, som først for nylig er begyndt at blive drillet fra hinanden. Efterhånden som en sådan forskningsindsats er skredet frem, er alvoren og vigtigheden af ​​medfødt immunitet over for økonomiske biodiversitetsinteresser ved at blive realiseret. Eusocial Hymenoptera er økologisk og økonomisk betydningsfuld både med hensyn til skadelig og bidragende kapacitet. Blandt disse er honningbien A. mellifera et af de økonomisk mest gavnlige insekter i menneskeligt landbrug, og bidrager årligt med milliarder af amerikanske dollars på globalt plan (Brutscher et al. 2015, Popovska Stojanov et al. 2021). På trods af honningbiens forbavsende vigtige rolle og bevaringsindsatsen for at bevare dem, dør op mod 30 procent af de amerikanske kolonier årligt, hvor mange af disse tab tilskrives Colony Collapse disorder (CCD) (Brutscher et al. 2015, McMenamin og Genersch 2015, McMenamin og Flenniken 2018).

Da denne primære bestøver fortsat er hærget af virussygdomme, bliver nødvendigheden af ​​yderligere forskning i det medfødte immunsystem mere og mere tydelig. I den modsatte ende af interessespektret er invasive myrearter. Invasive myrer er usædvanligt succesrige, så de forårsager betydelige økonomiske tab og tab af biodiversitet. Med dette i tankerne har søgningen efter sikre, effektive, værtsspecifikke og selvformerende biologiske kontrolmidler til bekæmpelse af invasive myrer ført til identifikation af adskillige virale naturlige fjender, der anses for lovende biologiske kontrolmidler. Selvom den virale naturlige fjende-applikation er et spændende forskningsområde, er en forståelse af vært-agens-interaktioner og værtens immunrespons på patogenet afgørende for succes med biologisk kontrol. Efterhånden som virkningen af ​​virale patogener, der inficerer de eusociale insekter, bliver mere og mere tydelig, bliver udvidelsen af ​​forståelsen af ​​viral patogenudfordring stadig mere relevant for både forskningsvidenskab og landbrug.

Immunitet induceret af selv nært beslægtede patogener er meget forskelligartet og noget inkonsekvent på tværs af taxa, og de fulde implikationer af disse responser kan kun forudsiges på nuværende tidspunkt. Virus kan hæmme induktionen af ​​visse veje, og immunrespons på selv nært beslægtede virale naturlige fjender kan variere betydeligt på tværs af taxa. Interessant er også den observation, at nogle veje, især hos myrer, er effektive mod visse vira, men ikke andre; nogle gener var positivt korreleret med en viral udfordring i argentinske myrer, mens andre var negativt korreleret. Insekts immunrespons på viral patogeninvasion er et studieområde, der stadig giver rigelige muligheder for ny forskning, især når det drejer sig om patogenbaserede biologiske bekæmpelsestilgange af skadedyr. Yderligere nyligt arbejde har kastet lys over rollerne af overførbare RNA'er (Maori et al. 2019), transgenerationel immunpriming (Amiri et al. 2020) og varmechokproteiner (McMenamin et al. 2020) i både social og medfødt immunitet. Der er utvivlsomt meget at lære om immunresponset på virale patogener i eusocial Hymenoptera; fremtiden er lys for dette spændende studieområde.

Anerkendelser

Dette projekt blev finansieret af Texas A&M University Invasive Ant Research and Management Seed Grant-program.

Referencer Citeret

1. Adams, C. 2019. Landbrugsmæssige og medicinske virkninger af de importerede ildmyrer. Ildmyrer og bladskærende myrer, CRC Press, s. 48–57.

2. Amiri, E., J. J. Herman, M. K. Strand, D. R. Tarpy og O. Rueppell. 2020. Ægtranskriptomprofil reagerer på modervirusinfektion hos honningbier, Apis mellifera. Inficere. Genet. Evol. 85: 104558.

3. Avadhanula, V., B.P. Weasner, G.G. Hardy, J.P. Kumar og R.W. Hardy. 2009. Et nyt system til lanceringen af ​​alphavirus RNA-syntese afslører en rolle for Imd-vejen i leddyrs antivirale respons. Plos Pathog. 5: e1000582.

4.Baracchi, D., S. Francese og S. Turillazzi. 2011. Ud over det prædatoriske forsvar: honningbigift fungerer som en komponent i social immunitet. Toksikum. 58: 550-557.

5. Baracchi, D., G. Mazza og S. Turillazzi. 2012a. Fra individuel til kollektiv immunitet: giftens rolle som et antimikrobielt middel i Stenogastrinae hvepsesamfundene. J. Insect Physiol. 58: 188-193.

6. Barachi, D., A. Fadda og S. Turillazzi. 2012b. Beviser for antiseptisk adfærd over for syge voksne bier i honningbikolonier. J. Insect Physiol. 58: 1589-1596.

7. Barribeau, S. M., B. M. Sadd, L. du Plessis, M. J. Brown, S. D. Buechel, K. Cappelle, J. C. Carolan, O. Christiaens, T. J. Colgan og S. Erler. 2015. Et nedslidt immunrepertoire går forud for udviklingen af ​​socialitet hos bier. Genom Biol. 16:1–21.

8. Baty, J.W., M. Bulgarella, J. Dobelmann, A. Felden og P.J. Lester. 2020. Vira og deres virkninger på myrer (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News 30:213–228.

9. Bílikova, K., S. C. Huang, I. P. Lin, J. Šimuth og C. C. Peng. 2015. Struktur og antimikrobiel aktivitetsforhold mellem royalizing, et antimikrobielt peptid fra den kongelige gelé fra Apis mellifera. Peptider. 68: 190-196.

10. Bozic, J. og T. Valentincic. 1995. Kvantitativ analyse af social plejeadfærd hos honningbien Apis mellifera carnica [selvrensende, plejedans, ektoparasit]. Apidologie, Frankrig.

11. Brutscher, L. M. og M. L. Flenniken. 2015. RNAi og antiviralt forsvar i honningbien. J. Immunol. Res. 2015: 941897.

12. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh og M. L. Flenniken. 2015. Antivirale forsvarsmekanismer hos honningbier. Curr. Opin. Insect Sci. 10: 71-82.

13. Brutscher, L. M., K. F. Daughenbaugh og M. L. Flenniken. 2017. Virus- og dsRNA-udløste transkriptionsresponser afslører nøglekomponenter i honningbiens antivirale forsvar. Sci. Rep. 7: 1–15.

14. Chejanovsky, N., R. Ophir, M. S. Schwager, Y. Slabezki, S. Grossman og D. Cox-Foster. 2014. Karakterisering af virale siRNA-populationer i honningbikolonikollapsforstyrrelse. Virologi. 454-455: 176-183.

15. Choe, K. M., T. Werner, S. Stöven, D. Hultmark og K. V. Anderson. 2002. Krav til et peptidoglycan-genkendelsesprotein (PGRP) i Relish-aktivering og antibakterielle immunresponser i Drosophila. Videnskab. 296: 359-362.

16. Cremer, S. 2019. Social immunitet hos insekter. Curr. Biol. 29: R458–R463.

17. Cremer, S. og M. Sixt. 2009. Analogier i udviklingen af ​​individuel og social immunitet. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 364: 129-142.

18. Cremer, S., S. A. Armitage og P. Schmid-Hempel. 2007. Social immunitet. Curr. Biol. 17: R693–R702.

19. Cremer, S., C. D. Pull og M. A. Fürst. 2018. Social immunitet: fremkomst og udvikling af sygdomsbeskyttelse på koloniniveau. Annu. Rev. Entomol. 63: 105-123.

20. Doublelet, V., Y. Poeschl, A. Gogol-Döring, C. Alaux, D. Annoscia, C. Aurori, S. M. Barribeau, O. C. Bedoya-Reina, M. J. Brown og J. C. Bull. 2017. Enhed i forsvaret: honningbiarbejdere udviser bevarede molekylære reaktioner på forskellige patogener. BMC Genomics 18: 1-17.

21. Drum, N.H. og W.C. Rothenbuhler. 1985. Forskelle i ikke-stikkende aggressive reaktioner fra arbejderhonningbier på syge og sunde bier i maj og juli. J. Apicult. Res. 24: 184-187.

22. Dushay, M. S., B. Asling og D. Hultmark. 1996. Oprindelse af immunitet: relish, et sammensat Rel-lignende gen i det antibakterielle forsvar af Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. U. SA 93: 10343-10347.

23. Erler, S., M. Popp og H. M. Lattorff. 2011. Dynamik af immunsystemets genekspression ved bakteriel udfordring og sår hos et socialt insekt (Bombus terrestris). Plos One. 6: e18126.

24. Evans, J. D., K. Aronstein, Y. P. Chen, C. Hetru, J. L. Imler, H. Jiang, M. Kanost, G. J. Thompson, Z. Zou og D. Hultmark. 2006. Immunveje og forsvarsmekanismer hos honningbier Apis mellifera. Insekt Mol. Biol. 15: 645-656.

25. Evans, J.D. og D.L. Lopez. 2004. Bakterielle probiotika inducerer et immunrespons hos honningbien (Hymenoptera: Apidae). J. Econ. Entomol. 97: 752-756.

26. Feldhaar, H. og R. Gross. 2008. Insekters immunreaktioner på bakterielle patogener og mutualister. Mikrober inficerer. 10: 1082-1088.

27. Galbraith, D. A., X. Yang, E. L. Niño, S. Yi og C. Grozinger. 2015. Parallelle epigenomiske og transkriptomiske reaktioner på virusinfektion hos honningbier (Apis mellifera). Plos Pathog. 11: e1004713.

28.Genersch, E. 2010. Honningbipatologi: aktuelle trusler mod honningbier og biavl. Appl. Microbiol. Biotechnol. 87: 87-97.

29. Goblirsch, M., J. F. Warner, B. A. Sommerfeldt og M. Spivak. 2020. Social feber eller generel immunrespons? Gensyn med et eksempel på social immunitet hos honningbier. Insekter 11: 528.

30. Gottar, M., V. Gobert, T. Michel, M. Belvin, G. Duyk, J.A. Hoffmann, D. Ferrandon og J. Royet. 2002. Drosophila-immunresponset mod Gram-negative bakterier medieres af et peptidoglycan-genkendelsesprotein. Natur. 416: 640-644.

31. Guo, C., Y. Huang, P. Cong, X. Liu, Y. Chen og Z. He. 2014. Cecropin P1 hæmmer porcin reproduktiv og respiratorisk syndromvirus ved at blokere tilknytning. BMC Microbiology 14: 1–11.

32. Hultmark, D., A. Engström, H. Bennich, R. Kapur og H. G. Boman. 1982. Insektimmunitet: isolering og struktur af cecropin D og fire mindre antibakterielle komponenter fra Cecropia pupae. Eur. J. Biochem. 127: 207-217.

33. Hunter, W., J. Ellis, D. Vanengelsdorp, J. Hayes, D. Westervelt, E. Glick, M. Williams, I. Sela, E. Maori, J. Pettis, et al. 2010. Storstilet feltanvendelse af RNAi-teknologi, der reducerer israelsk akut paralysevirussygdom hos honningbier (Apis mellifera, Hymenoptera: Apidae). Plos Pathog. 6: e1001160.

34.Imler, J.-L. 2019. Insektreservoiret af mangfoldighed for vira og antivirale mekanismer. Comptes Rendus Biologies 342: 260-262.

35. Johansson, H., K. Dhaygude, S. Lindström, H. Helanterä, L. Sundström og K. Trontti. 2013. En metatranskriptomisk tilgang til identifikation af mikrobiota forbundet med myren Formica forventer. Plos One. 8: e79777.

36. Kaneko, T. og N. Silverman. 2005. Bakteriel genkendelse og signalering af Drosophila IMD-vejen. Celle. Microbiol. 7: 461-469.

37. Kleino, A. og N. Silverman. 2014. Drosophila IMD-vejen i aktiveringen af ​​det humorale immunrespons. Dev. Comp. Immunol. 42:25-35.

38. Kleino, A. og N. Silverman. 2019. Regulering af Drosophila Imd-vejen ved at signalere amyloider. Insekt Biochem. Mol. Biol. 108: 16-23.

39.Kuhn-Nentwig, L. 2003. Antimikrobielle og cytolytiske peptider af giftige leddyr. Celle. Mol. Life Sci. 60: 2651-2668.

40. Lamiable, O. og J. L. Imler. 2014. Induceret antiviral medfødt immunitet i Drosophila. Curr. Opin. Microbiol. 20: 62-68.

41. Lard, C. F., J. Schmidt, B. Morris, L. Estes, C. Ryan og D. Bergquist. 2006. En økonomisk virkning af importerede brandmyrer i USA. Texas A&M University, Department of Agricultural Economics, Texas Agricultural Experiment Station, College Station, TX.

42. Lester, P.J., K.H. Buick, J.W. Baty, A. Felden og J. Haywood. 2019. Forskellige bakterielle og virale patogener udløser

For more information:1950477648nn@gmail.com