dipteron - Muzeum i Instytut Zoologii PAN

Biuletyn Sekcji Dipterologicznej Polskiego Towarzystwa Entomologicznego
DIPTERON
Bulletin of the Dipterological Section of the Polish Entomological Society
ISSN 1895–4464
Tom 28: 9-12
Akceptacja: 12.12.2012
Wrocław 31 XII 2012
Gatunek Megaselia scalaris (LOEW, 1866) (Diptera: Phoridae) i biofarmacja
Megaselia scalaris (LOEW, 1866) (Diptera: Phoridae) & biopharmacy
EWA DURSKA1, TADEUSZ MALEWSKI2, MAGDALENA CHMIELEWSKA3, JACEK BARDOWSKI3
1
EWA DURSKA, Pracownia Ekologii i Bioróżnorodności,
Muzeum i Instytut Zoologii PAN, Wilcza 64, 00-679 Warszawa
e-mail: [email protected]
2
TADEUSZ MALEWSKI, Pracownia Technik Molekularnych i Biometrycznych,
Muzeum i Instytut Zoologii PAN, Wilcza 64, 00-679 Warszawa
e-mail: [email protected]
3
MAGDALENA CHMIELEWSKA, Instytut Biochemii i Biofizyki PAN,
Pawińskiego 5a, 02-106 Warszawa
e-mail: [email protected]
3
JACEK BARDOWSKI, Instytut Biochemii i Biofizyki PAN,
Pawińskiego 5a, 02-106 Warszawa
e-mail: [email protected]
ABSTRACT. Insects have developed antimicrobial peptides (AMPs) to fight off pathogens. The
authors have arranged preliminary studies on Megaselia scalaris (LOEW) larvae to induce the
novel AMPs against bacteria in the hemolymph. The larvae were subjected to stress by pricking,
immunization and heat shock. The extract obtained from the hemolymph hampered growth of
both Gram-positive and Gram-negative bacteria.
KEY WORDS: Phoridae, Megaselia scalaris, heat shock proteins, antimicrobial peptides,
biopharmacy
WSTĘP
Rodzaj Megaselia RONDANI, 1856 jest najliczniejszym w gatunki rodzajem zadrowatych (ok.
1400 gatunków). Dotychczas zostały wykazane 224 gatunki, co stanowi ok. 70% ogólnej
liczby Phoridae fauny Polski (DURSKA 2007; DISNEY & DURSKA 2011).
-9-
Do rodzaju Megaselia należy kosmopolityczny gatunek - Megaselia scalaris (LOEW,
1866) (ryc.1). Dieta larw M. scalaris jest bardzo różnorodna (DISNEY 1994). Tak szerokiego
spektrum nie znajdziemy w świecie owadów: od żywych roślin, po fakultatywne
pasożytnictwo na innych bezkręgowcach i kręgowcach, w tym - muszyce u ludzi. Larwy
zanurzone w wodzie połykają powietrze, unikając w ten sposób utonięcia. Mają też one
niezwykłą zdolność do penetrowania i wydostawania się ze szczelnie zamkniętych
pojemników. Błyskawicznie lokalizują zranione, czy umierające owady (postacie dorosłe i
larwy). Larwy M. scalaris mogą być nie tylko drapieżcami, parazytoidami i pasożytami, ale
także mogą odżywiać się bakteriami, grzybami i roślinami.
Osobniki dorosłe tego gatunku możemy spotkać we wszystkich środowiskach: od
budynków mieszkalnych po lasy tropikalne. Imagines mogą odżywiać się nektarem, a także
materią organiczną (DISNEY 2008).
Od wielu lat, w laboratoriach naukowych prowadzone są badania nad tym ciekawym
gatunkiem (także na Uniwersytecie w Cambridge). Hodowla M. scalaris nie jest zbyt
skomplikowana, ponieważ muchówki można hodować na pożywce takiej, jak dla Drosophila
melanogaster (ASHBURNER 2005). Ta łatwość w hodowli nakłoniła autorów artykułu do
przeprowadzenia doświadczenia, które może zaowocować istotnym dla nauki rezultatem.
Zdolność do życia larw w środowiskach bogatych w bakterie sugeruje, że mogą one
wydzielać substancje antybakteryjne. Synteza peptydów w odpowiedzi na zakażenie jest
najbardziej charakterystyczną cechą układu odpornościowego bezkręgowców. Na przykład
infekcja popularnej muszki owocowej (Drosophila melanogaster) wywołuje w ciągu kilku
godzin syntezę aż siedmiu różnych peptydów o działaniu antybiotycznym, zdolnych do
zabijania bakterii Gram ujemnych, Gram dodatnich oraz grzybów (ILMER 2005). Należy
dodać, że po raz pierwszy do badań nad peptydami antybakteryjnymi zastosowano gatunek
M. scalaris.
DOŚWIADCZENIE
Pierwsze, przeprowadzone przez zespół doświadczenie polegało na nakłuwaniu larw
trzeciego stadium (50 larw) igłą preparacyjną. Po nakłuciu, larwy były przetrzymywane w
cieplarce (T= 29°C) przez 30 minut i ponownie nakłuwane, aby pozyskać hemolimfę (ryc. 2).
Ryc.1. Samice M. scalaris. Fot. PIOTR ŚLIPIŃSKI.
- 10 -
Ryc. 2. Larwy M. scalaris (24 h po doświadczeniu). Strzałka wskazuje położenie
aparatu gębowego larwy. Fot. PIOTR ŚLIPIŃSKI.
Ekstrakt pozyskany z larw został dodany do hodowli szczepów bakteryjnych
(Enterococcus faecalis, Staphylococcus sp. i Lactococcus lactis ). Następnie, próbki poddano
analizie mikrobiologicznej poprzez monitorowanie wzrostu (pomiar gęstości optycznej płynu)
badanych bakterii w czytniku mikrobiologicznym Bioscreen (Labsystem).
Zaobserwowaliśmy wyraźne zahamowanie wzrostu bakterii Gram „+” i Gram „-” (ryc. 3).
1
0,9
0,8
0,7
0,6
L. lactis
0,5
L. lactis + ekstrakt
0,4
L. lactis + PBS
0,3
0,2
0,1
00:00:14
00:45:15
01:30:15
02:15:15
03:00:15
03:45:15
04:30:15
05:15:15
06:00:15
06:45:16
07:30:15
08:15:15
09:00:15
09:45:16
10:30:16
11:15:16
12:00:16
12:45:16
13:30:16
14:15:16
15:00:16
15:45:16
16:30:16
17:15:16
18:00:16
18:45:16
19:30:16
20:15:16
21:00:16
21:45:16
22:30:16
23:15:16
24:00:16
24:45:16
0
Ryc. 3. Wzrost bakterii Lactococcus lactis (LISTER 1873; SCHLEIFER ET AL. 1985) w
obecności lub bez ekstraktu z larw (Wykres zaznaczony kolorem czerwonym – hamowanie
wzrostu bakterii po dodaniu ekstraktu z hemolimfy larw M. scalaris) (Czas badania w
godzinach).
W celu zweryfikowania wyników, przeprowadziliśmy kilka kolejnych doświadczeń,
poszerzając badania m. in. o immunizację larw trzeciego stadium bakteriami Gram „+” i
Gram ” –„. Analiza wyników tych doświadczeń jest w toku.
- 11 -
WNIOSKI
W oparciu o uzyskane wyniki możemy sformułować następujące wnioski-hipotezy:
•
•
•
W hemolimfie Megaselia scalaris mogą znajdować się bardzo silnie działające
substancje (prawdopodobnie peptydy), które hamują rozwój bakterii.
Można sądzić, że stres wywołany nakłuciem, wysoką temperaturą, a szczególnie
immunizacją larw Megaselia scalaris, pobudza syntezę antybakteryjnych peptydów (=
AMPs).
Jest bardzo prawdopodobne, że nowe biofarmaceutyki uzyskane w wyniku badań nad
białkami stresu u Megaselia scalaris, mogą zastąpić antybiotyki (również stosowane
przeciw grzybom).
Spodziewamy się, że przynajmniej niektóre z wyżej przedstawionych hipotez okażą się
trafne, a M. scalaris zyska miano modelowego gatunku stosowanego w badaniach
laboratoryjnych XXI wieku.
LITERATURA
ASHBURNER M. GOLIC K. & HAWLEY R.S. 2005. Drosophila: A Laboratory Handbook. 2nd
Edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, USA , ss. 1409.
DISNEY R. H. L. 1994. Scuttle flies: The Phoridae. Chapman & Hall, London, ss. 467.
DISNEY R. H. L. 2008. Natural history of the scuttle fly, Megaselia scalaris. Annual Review
of Entomology 53: 39 – 60.
DISNEY R. H. L. & DURSKA E. 2011. Five new species and three new records of Megaselia
Rondani (Diptera: Phoridae) from Pisz Forest (Poland). Annales Zoologici 61(3): 527-534.
IMLER J. L, BULET P.2005 Antimicrobial peptides in Drosophila: structures, activities and
gene regulation. Chemical Immunology and Allergy 86: 1-21.
SCHLEIFER K. H., KRAUS J., DVORAK C., KLIPPER – BÄLZ R., COLLINS M. D. & FISCHER W.
1985. Transfer of Streptococci lactis to the genus Lactococcus gen. nov. Systematic and
Applied Microbiology 6: 183-195.
DURSKA E. 2007. Zadrowate (Phoridae). [W:] Fauna Polski: Charakterystyka i wykaz
gatunków, Tom II (W. Bogdanowicz, E. Chudzicka, I. Pilipiuk i E. Skibińska, red.): 189192. Muzeum i Instytut Zoologii PAN, Warszawa.
- 12 -