2. fejezet - Az eukarióta sejt felépítése – a protisztákra összpontosítva

Tartalom

2.1. Univerzális és speciális sejtorganellumok
2.1.1. A sejthártya
2.1.2. A sejtköpeny vagy glikokalix
2.1.3. A sejtváz
2.1.4. Az ostor és a csilló
2.1.5. A citoplazma
2.1.6. A peroxiszómák
2.1.7. A glikoszóma
2.1.8. Az endoplazmatikus retikulum
2.1.9. A Golgi-készülék
2.1.10. A mitokondrium, a hidrogenoszóma és a mitoszóma
2.1.11. A plasztiszok
2.1.12. A lüktető űröcske-komplex
2.1.13. Az acidokalciszóma
2.1.14. Az extruszómák
2.1.15. A sejtmag
2.1.16. Autofágia

A legtöbb protiszta mikroszkopikus méretű, a szabadonélő fajok legtöbbje 20–500 μm nagyságú, de vannak szabadszemmel láthatók is. A legkisebbek a pikotartományba (0,2–2 µm) esnek. Az ú.n. pikoeukariótákat nemrég fedezték fel, az 1990-es évek közepén, amikor a fluoreszcens vizsgálatok lehetővé tették ennek a méretfrakciónak a fénymikroszkópos detektálását. Ez a mérettartomány már jellemzően a baktériumoké.

2. Táblázat. A protiszták mérete

0,8 µm

Ostreococcus tauri (Chlorophyta, planktonikus zöldalga a Földközi-tengerből)

1–4 µm

Leishmania donovani (haemoflagellata, intracelluláris alak emberben)

3–4 µm

Chromulina pascheri (autotróf ostoros)

15–20 µm

Nosema bombycis (Microsporidia)

30–50 µm

Vahlkampfia avara (Heterolobosa)

100–350 µ

sok csillós

500–1000 µm

Actinosphaerium eichhorni (napállatka) Difflugia pyriformis (házas amőba)

1000–3000 µm

Spirostomum ambiguum, Stentor coeruleus(csillósok)

1000–5000 µm

Chaos carolinense, Pelomyxa palustris(amőbák)

63000 µm

Cycloclypeus carpenteri(foraminifera)

Több cm, akár 1m

Mycetozoa plazmódiuma

A legkisebb egysejtű az eukarióta sejt méretének lehetséges határát feszegeti: az 1996-ban felfedezett 0,8 µm méretű Ostreococcus tauri egy fotoszintetizáló tengeri egysejtű (Prasinophytae, zöld alga csoport, Archaeplastida), amelynél a sejtszervecskék redukciója figyelhető meg. Nincs ostora, csak egy plasztisza és egy mitokondriuma van, endomembrán rendszere is redukált, a citoplazma térfogata is nagyon csekély. Ma már számos pikoeukariótáról tudunk, mind az autotróf, mind a heterotróf egysejtűek között. Az autotrófok a Prasinophytae és a Haptophyta csoportokban jellemzőek, míg a heterotrófoknál a paletta szélesebb: a Bicosoecea, egyes Alveolata-k, galléros-ostorosok és Acantharia-k.

A 2–20 µm közötti méretű egysejtűek a nano-tartományba tartoznak. Az utóbbi három évtizedben az édesvízi és tengeri plankton anyag- és energiaforgalmának megértése céljából a legtöbbet vizsgált protiszta csoport a nanoflagelláták, amelyek autotróf, mixotróf vagy heterotróf egysejtűek. Közülük a heterotróf nanoflagelláták (HNF) és a csillós egysejtűek ebbe a mérettartományba tartozó frakciója a pikofitoplankton és a baktériumok legfontosabb fogyasztói, ezáltal közvetve kulcsszerepük van az oldott és finomszemcséjű szerves anyagoknak (DOM – dissolved organic matter, POM – particulate organic matter) az anyagforgalomba történő visszajuttatásában. (A DOM-ot érdemleges mennyiségben csak a baktériumok képesek felvenni, a protiszták jelentősége e téren még nem tisztázódott.)

10 2.01. 2.1. ábra. A heterotróf nanoflagellátáknak (HNF) a baktérium fogyasztás révén központi szerepe van az oldott és finom partikulált szerves anyagoknak (DOM, POM) az anyagforgalomba történő visszajuttatásában 2-01 Bevezetes a Protisztologiaba.jpg

2.1. ábra. A heterotróf nanoflagellátáknak (HNF) a baktérium fogyasztás révén központi szerepe van az oldott és finom partikulált szerves anyagoknak (DOM, POM) az anyagforgalomba történő visszajuttatásában

A nano-tartományba tartozó protisztákat a mikro-mérettartományba (20–200 µm) tartozó protiszták (nagyobb csillósok, dinoflagelláták stb.) és állatok (kerekesférgek, különféle lárvák) fogyasztják. Ahhoz, hogy az autotróf piko- és nanoszervezetek által termelt szerves anyag, valamint a baktériumokban levő szerves anyag lehető legnagyobb hatékonysággal eljusson a tápláléklánc csúcsára (pl. ragadozó halak), elengedhetetlen a nano- és mikro-mérettartományba tartozó protiszták részvétele. A baktériumok mennyiségét lényegében a heterotróf nanoflagelláták szabályozzák.

2.2. ábra. Különböző méretű egysejtűek a) 6–10 μm tartomány: Acanthamoeba sp. tenyészet (fénymikroszkópos felvétel, 1000x nagyítás) b) 3–3,5 mm tartomány: Spirostomum ambiguum csillós egysejtű tömeges elszaporodása (makrofotó kompakt digitális fényképezőgéppel)

2.2. ábra. Különböző méretű egysejtűek a) 6–10 μm tartomány: Acanthamoeba sp. tenyészet (fénymikroszkópos felvétel, 1000x nagyítás) b) 3–3,5 mm tartomány: Spirostomum ambiguum csillós egysejtű tömeges elszaporodása (makrofotó kompakt digitális fényképezőgéppel)

2.1. Univerzális és speciális sejtorganellumok

Ebben a fejezetben a sejtalkotók rövid, leíró jellegű bemutatása következik. A működés csak azoknál az organellumoknál kerül szóba, amik nem kerülnek elő az életműködések bemutatásánál.

2.1.1. A sejthártya

A sejtet a környezetétől a sejthártya választja el, amely a protisztáknál is az eukarióta sejtre általánosan érvényes tulajdonságok szerint épül fel. A körülbelül 10 nm vastagságú lipidkettősréteg alkotta egységmembrán (unitmembrane) fő tömegét foszfolipidek és koleszterin alkotják, de glikolipideket is tartalmaz. A sejthártya lipidkomponenseinek aránya meghatározza, mennyire rendezett, merev vagy folyékony a membrán. A sejthártya mechanikai tulajdonságai az életműködések során például az aktív-inaktív állapot közti fiziológiai változások alkalmával változnak meg.

A sejthártya olykor több rétegben is megfigyelhető: például egyes járólábacskás csillósoknál (pl. Stylonychia) és harangosállatkáknál (Tintinnida fajok) a csillót veszi körül karéjszerűen akár tíz további egységmembrán-réteg, az ú.n. perilemma.

Az egységmembrán alatt a csúcsszerves spórásoknál, valamint a dinoflagellátáknál és csillósoknál többé-kevésbé lapított membránzsákokból álló réteg húzódik végig. E három csoportnál a sejthártya alatti membránok a filogenetikai rokonsággal összefüggésben létrejött apomorf tulajdonságok.

A sejtmembrán membránfehérjéket és glikoproteineket is tartalmaz. A membránfehérjék között a transzportfehérjék az aktív és passzív transzport folyamatok lebonyolítását végzik, az eukariótáknál általánosan jellemző karrier típusú és csatorna- fehérjék lehetnek.

A csatorna-fehérjék közé tartoznak a sejthártya transzmembrán fehérjéinek egyik csoportját képező vízcsatorna-fehérjék (akvaporin) (Benga 2009). Ezeken keresztül jut be víz a citoplazmába. A víz bejutása az egysejtűbe számos különböző életfolyamat során meghatározó tényező, ezért a különféle protiszta akvaporinok szerepének tisztázása intenzíven fejlődő kutatási terület. A Dictyostelium amőba tanulmányozása során az akvaporin egy másik feladatára is fény derült: a WacA akvaporinnak a spóraképzésben és a kitokozódásban tulajdonítanak jelentőséget. Eddig is ismert volt, hogy a be- és kitokozódás során vízvesztés majd vízfelvétel történik. Most már bizonyos, hogy ennek menetéhez a WacA akvaporin nélkülözhetetlen. Egy másik akvaporin, az AQPA pedig a már a Dictyostelium spóraállapota során hozzájárul a nyugalmi állapot fenntartásához azáltal, hogy szabályozza a víz beáramlását, azaz igen alacsony szinten tartja azt. Az Amoeba proteus lüktető űröcskéjének membránjában egy „rokon” akvaporin fehérje, az ApAQP fordul elő. A parazita egysejtűek között a csúcsszerves spórásoknál és a kinetoplasztosoknál vizsgáltak akvaporinokat. Hozzájuk hasonló feladatot töltenek be az akvagliceroporinok. Az Apicomplexa-nál a Toxoplasma gondii és a Plasmodium fajok esetében egyetlen akvagliceroporin gént találtak, míg a kinetoplasztosoknál egy fajban akár öt is volt. Az akvagliceroporinok feladata a parazita ozmotikus stresszel szembeni védelme, amelyre főként a vesén való áthaladáskor, vagy a humán és a rovargazda közti átmenet során van szükség. Ezek a sejtek a membránlipidek bioszintéziséhez a glicerint is az akvagliceroporinon keresztül veszi fel.

A Leishmania donovani amasztigóta és promasztigóta alakjaiban a flagelláris zseb területén és az ostor axonéma membránjában mutatták ki az akvagliceroporint (LmAQP1). Ez a fehérje a parazita átjutását segíti rovarból emberbe, az ozmotaxis folyamatának segítségével. Az ozmotaxis során a rovar bélcsatornájából a glükóz koncentrációgradiense mentén vándorol fel a parazita a nyálmirigybe, ahonnan a lepkeszúnyog vérszíváskor nyálcsatornáján keresztül az ember vérébe fecskendezi. Az LmAQP1 egy másik funkciója a hipozmotikus sokk alkalmával történő térfogat-szabályozás. A hipozmotikus környezetbe helyezett amasztigóták és promasztigóták térfogata eleinte nő, majd körülbelül három perc múlva visszanyerik az eredeti méretüket. Ez az alkalmazkodás az akvagliceroporinnak köszönhető: ha egy rokon faj hasonló molekulájára cserélik, akkor a sejt alakja lassabban áll vissza (Figarella és mtsai 2007).

Az akvagliceroporinok jelentőségét a gyógyszerhatóanyagok esetleges bejuttatási útvonalaként, sőt célpontként is vizsgálják. A Cryptosporidium parvum genomjának elemzése során kiderült, hogy ez az első olyan eukarióta, amelyben semmilyen akvaporingén nem fordul elő.

2.1.2. A sejtköpeny vagy glikokalix

A sejtköpeny a sejtmembrán lipidjeihez kapcsolódó glikoproteinek összessége. Komponensei feladatuk szerint lehetnek adhéziós molekulák, amelyek sejt-sejt kapcsolatok kialakításában vesznek részt, illetve általánosabb értelemben jelző molekulák, amelyek valamilyen anyaggal érintkezve válaszfolyamatokat indítanak be.

A glikokalix fejlettsége egysejtűekben nagyon tág határok között változik. Bizonyos lebenyes állábú amőbák felszínét sűrű glikoproteinréteg fedi. A Dunaliella salina ostoros zöldalgának nincsen merev, poliszacharid sejtfala, helyette egy nyálkás sejtköpeny veszi körül a sejtet. A Trypanosoma brucei alfajainál a glikokalix az életciklus különböző állomásain más-más felépítést és vastagságot mutat.

2.1.2.1. A sejtfelszíni glikoproteinek szerepe

Sejtfelszíni antigének

A csúcsszerves spórások között a sejtélősködőknél a gazdasejtbe való behatoláskor egy sejtkapcsoló struktúra, a mozgó kapcsolat (moving junction) jön létre a parazita és a gazdasejt membránja között. A gazdasejtnek nincs olyan kompatibilis struktúrája, amihez a kórokozó kapcsolódhatna. A parazita azonban mindent hoz magával: a mozgó kapcsolat valamennyi komponense a saját sejthártyáján és a sejt csúcsi részén található ú.n. csúcsszervben (apikális komplexben) helyezkedik el. A kapcsolat kialakításában egy az Apicomplexa törzsben konzervatív (szinte minden képviselőben megjelenő) transzmembrán fehérjének van döntő szerepe. Az apikális membrán antigén 1 (AMA1) nevű adhéziós fehérje a behatolás során a mikronémákból kerül ki a merozoita membránjába. Az AMA1 antigén nem tud a gazdasejt membránjához kötődni, ezért maga a parazita a kapcsolódási pontot, azaz az adhéziós molekula receptorát is szolgáltatja: az elektrondenz, folyadékkal teli hólyagok, a rhoptriák egyik fehérjéje lesz az, amihez az AMA1 fehérje hozzákapcsolódik. A gazdasejtbe való behatoláskor a rhoptriák tartalma kiürül. A kijutó fehérjék egyike, az ú.n. rhoptrianyak fehérje beépül a gazda sejthártyájába (például a humán Plasmodium fajoknál a vörösvértest membránjába) és máris kész a „horgonyzóhely”. Az AMA1 antigének a rhoptrianyak fehérjékkel kapcsolódva összekötik a parazita és a gazda sejthártyáját és ez a kapcsolódás a behatoló parazita csúcsi végéről kiindulva gyűrű alakban lefelé kezd vándorolni a sporozoita vagy a merozoita felülete mentén, miközben szép fokozatosan behatol a gazdasejtbe. A mozgó kapcsolat típusú kihorgonyzás lényege az, hogy a parazitát bejuttassa a gazdába. Ez a sejtkapcsolódási struktúra a csúcsszerves spórásokra jellemző, az élővilágban sehol máshol nem ismert (Lamarque és mtsai 2011). A mozgó kapcsolat másik feltételezett feladata az, hogy befolyásolja a parazita körül kialakuló vakuola, vagyis a parazitofór vakuola membránfehérjéinek összetételét olyan módon, hogy a gazdasejt bizonyos fehérjéit (1. típusú transzmembránfehérjék) nem engedi be a képződő vakuola területére. A későbbi folyamatok szempontjából ez létfontosságú lehet, így veszi elejét a parazita annak, hogy az őt körülvevő vakuola fúzionáljon a létét fenyegető lizoszómákkal. A mozgó kapcsolat ugyanis a sejt csúcsáról kiindulva övszerűen veszi körül a parazitát és egyirányban halad annak testvége felé, megakadályozva a gazda sejthártya-fehérjéinek érintkezését a parazita membránjával. Ezzel szemben a fagocitózist folytató sejt képződő fagoszómájának membránja tartalmazza azokat a membránfehérjéket, amelyekhez az emésztőenzimeket szállító lizoszómák kapcsolódhatnak.

2.3. ábra. Csúcsszerves spórás behatolása a gazdasejtbe mozgó kapcsolat segítségével a) A parazita (sporozoita, merozoita vagy tachyzoita alakja) a gazdasejt membránjával kapcsolatba lép, a mikronémákból kiszabaduló AMA1 adhéziós fehérje beépül a merozoita membránjába, a rhoptriákból kiszabaduló rhoptrianyak-fehérjék (RNF) a gazdasejt membránjába kerülnek majd b) az AMA1 és az RNF kapcsolódásával kialakul a mozgó kapcsolódás c) a gazdasejt membránja betűrődik ahogy a mozgó kapcsolódás halad d) a konoid felől nézve a mozgó kapcsolódás gyűrűalakban fut végig a parazita testén e) oldalnézetben látható a mozgó kapcsolódás mögött képződő parazitofór vakuola (a) és c) Besteiro és mtsai 2011 nyomán)

2.3. ábra. Csúcsszerves spórás behatolása a gazdasejtbe mozgó kapcsolat segítségével a) A parazita (sporozoita, merozoita vagy tachyzoita alakja) a gazdasejt membránjával kapcsolatba lép, a mikronémákból kiszabaduló AMA1 adhéziós fehérje beépül a merozoita membránjába, a rhoptriákból kiszabaduló rhoptrianyak-fehérjék (RNF) a gazdasejt membránjába kerülnek majd b) az AMA1 és az RNF kapcsolódásával kialakul a mozgó kapcsolódás c) a gazdasejt membránja betűrődik ahogy a mozgó kapcsolódás halad d) a konoid felől nézve a mozgó kapcsolódás gyűrűalakban fut végig a parazita testén e) oldalnézetben látható a mozgó kapcsolódás mögött képződő parazitofór vakuola (a) és c) Besteiro és mtsai 2011 nyomán)

2.4. ábra. A Toxoplasma gondii tachyzoita alakjának behatolása a gazdasejtbe. A képsorokon a behatolás közepén és végefelé járó tachyzoita látható átesőfényes, majd fluoreszcens megvilágításban. Vörös és zöld színnel világítanak az ellenanyaggal jelölt rhoptrianyak-fehérjék (RNF2 és 4). Az összeolvasztott képeken nyílhegyek mutatják a mozgó kapcsolat helyzetét. Skála: 5 μm (forrás: Lamarque és mtsai 2011)

2.4. ábra. A Toxoplasma gondii tachyzoita alakjának behatolása a gazdasejtbe. A képsorokon a behatolás közepén és végefelé járó tachyzoita látható átesőfényes, majd fluoreszcens megvilágításban. Vörös és zöld színnel világítanak az ellenanyaggal jelölt rhoptrianyak-fehérjék (RNF2 és 4). Az összeolvasztott képeken nyílhegyek mutatják a mozgó kapcsolat helyzetét. Skála: 5 μm (forrás: Lamarque és mtsai 2011)

Az afrikai Trypanosoma brucei alfajai az emberi álomkór és az állatok nagana betegségének az okozói. A sejtek felületét kiugróan nagy sűrűségben borítják sejtfelszíni glikoproteinek: egy sejten tízmilliós nagyságrendben találhatók. A Trypanosoma fejlődésmenete során a cecelégy vektorban élő prociklikus alakon egyidejűleg mindössze csak egyféle glikoproteint azonosítottak: ez a prociklin. Az ilyen típusú fehérjéket összesen 14 gén kódolja. Ezzel szemben az emlős gazda vérében élő formában nagyjából ezer gén kódolja a variábilis sejtfelszíni glikoproteineknek (VSG) nevezett sejtköpeny molekulákat. Egyszerre mindig egy típus fejeződik ki a sejt felszínén. A Trypanosoma brucei az emlősök vérében, tehát egyenesen a gazda immunrendszerének kereszttüzében él. A sejtfelszíni glikoproteineket a gerinces immunrendszer felismeri, ebben a vonatkozásban tehát antigénnek tekinthetők, amelyek a veleszületett és az adaptív immunrendszert egyaránt stimulálják. A sejtfelszíni antigének ellen az adaptív immunrendszer fajlagosan védekezik, antigénspecifikus ellenanyagokat termel. A humorális immunválasz elkerülését a sejtfelszíni glikoprotein-borítás időről időre történő megújítása teszi lehetővé. Ezáltal a parazita krónikusan jelen lehet a vér- és nyirokkeringésben, végül pedig – orvosi beavatkozás nélkül – általában a gazdaszervezet marad alul. A VSG-k a sejtfelszíni glikoproteinek 90%-át teszik ki. Ez a felszínt sűrűn beborító réteg fizikailag akadályozza meg az antitestek felszíni epitopokhoz[8] férését. Ezen túl az epitopok rendszeres cseréjével a parazita „kijátssza” az antitesteket, így a gazda mindig újabb antitest előállítására kényszerül. Az epitopok cseréje nagyjából annyi időnként következik be, amennyi az új antitest klón kialakulásához kell. Az ezer génből e számot jóval meghaladó mennyiségű antigénvariáció jöhet létre a genom VSG génjeiben bekövetkező speciálisan magas rátájú, szabályozott kromoszóma-mutációk révén.

A Trypanosoma további védekezési mechanizmusai közé tartozik az is, hogy az antitest-antigén komplexet receptormediált endocitózissal internalizálja és ezáltal csökkenti az immunválasz effektorfunkcióinak hatékonyságát. A Trypanosomatidákban a sejthártya és az endomembránrendszerek közötti membránforgalom egyedül az ostor eredésénél levő mélyedés, a flagelláris zseb területén lehetséges. Itt történhet az endocitózis is. A folyamat az emlősgazdában nagyon intenzív, az egész sejtmembrán nagyon gyorsan, 15 perc alatt megújul. A gyorsaságnak szerepe lehet a VSG sejtköpeny megújításában és az élő parazita felszínén kialakult immunkomplexnek a sejtbe receptormediált endocitózissal való bejuttatásában is. A flagelláris zseb területén bekebelezett VSG molekulákat a korai endocitózis vakuolából visszanyeri az egysejtű.

Az afrikai Trypanosoma elleni küzdelemben új fegyvereként az immunglobulinoknál kisebb ellenanyagszármazékokat, 15 kDa-os ú.n. nanotesteket próbálnak bevetni, amelyek az ellenanyag fajlagos antigén-kötő részét tartalmazzák, de a könnyűláncot nem. Így az ellenanyagoknál jóval kisebb molekulák a sűrű sejtköpeny ellenére már hozzáférnek az epitopokhoz. A formabontóan új módszer laboratóriumi viszonyok között in vitro és in vivo egyaránt hatékonynak tűnik (Stijlemans és mtsai 2011).

A VSG kutatása során fedezték fel elsőként, hogy a kinetoplasztosok génexpressziója az antigénvariáció során másként zajlik, mint a többi eukariótáé. A transzkripció elsőként policisztronos jellegű mRNS molekulákat eredményez. A genom-projektek tanúsága szerint egyszerre akár egy teljes kromoszóma átírása is megtörténhet. Az újabb és újabb sejtfelszíni antigének előállításában a kb. 1000 gén eltérő helyeken lokalizált példányai vesznek részt. A kromoszóma teloméra része közelében levő tandem elhelyezkedő gének íródnak át a gerinces gazdában, de ezekhez hozzáadódik még a kromoszóma távolabbi, centrális részén kódolt gének egyikének duplikátuma, amely transzlokáció során beépül a teloméra-közeli átírandó részbe, ezzel a korábbi VSG génkópia helyett egy új keletkezik és íródik át. A különböző eredetű, hatalmas kezdeti mRNS átiratból történik meg a szükséges exonok kivágása és összeillesztése (alternative- és trans-splicing folyamatok) (Liang és mtsai 2003).

2.5. ábra. Antigénvariáció a Trypanosomatidáknál. A variábilis sejtfelszíni glikoproteinek (VSG) új heterotípusa kialakulásának sematikus lépései. a) transzkripciósan inaktív VSG gének egyike a kromoszóma centrális régiójában duplikálódik b) korábbi VSG antigén (VSGa 1) a transzkripciósan aktív régióban a teloméra közelében c) VSGa 2 kialakulása VSGa 1-ből: a centrális régióból származó duplikátum transzlokációval beépül a korábbi duplikátum helyére, létrehozva egy teljesen új variánst d) a keletkező policisztronos transzkript

2.5. ábra. Antigénvariáció a Trypanosomatidáknál. A variábilis sejtfelszíni glikoproteinek (VSG) új heterotípusa kialakulásának sematikus lépései. a) transzkripciósan inaktív VSG gének egyike a kromoszóma centrális régiójában duplikálódik b) korábbi VSG antigén (VSGa 1) a transzkripciósan aktív régióban a teloméra közelében c) VSGa 2 kialakulása VSGa 1-ből: a centrális régióból származó duplikátum transzlokációval beépül a korábbi duplikátum helyére, létrehozva egy teljesen új variánst d) a keletkező policisztronos transzkript

A maláriát okozó lázállatka- (vagy Plasmodium) fajok védekezése az immunrendszer ellen hasonló alapelveken nyugszik, mint az afrikai tripanoszómáké. Legalább húsz olyan sejtfelszíni antigénjét mutatták ki, amikre szintén nagyfokú variabilitás jellemző, ám ezek hatása csak a rövid extracelluláris időszakoknál érvényesül. A génszerkezet analóg módon egymás után elhelyezkedő, tandem szakaszokból áll, amelyek egyetlen exont építenek fel. A variabilitás abban rejlik, hogy az ismétlődő részek szekvenciája, mérete és száma különböző lehet, és még a leolvasási keret is eltérhet. Az antigénvariáció a vörösvértestben előforduló alakoknál fordul elő, a májsejtekben élőknél nem. A Plasmodium-ok által termelt glikoproteinek egy része nem a Plasmodium felszínén, hanem a gazdasejt, a vörösvértest membránjában lokalizált. A var fehérjecsalád mintegy 60 génje kódolja a Plasmodium falciparum 1 típusú vörösvértest membránfehérje (PfMP1P) molekulákat, amelyek a fertőzött vörösvértesteket kitapasztják az epitéliumsejtekhez (a PfMP1P fehérje azok receptoraihoz kapcsolódik): ezáltal az eritrociták nem jutnak el a lépbe, így nem semmisülnek meg.

Gamonok

A gamonok olyan jelzőmolekulák, amelyek a protisztákban a komplementer párosodási típusú egysejtű membránreceptoraihoz kapcsolódnak. A gamon-receptor komplex indítja el az ivaros folyamat kezdeti lépéseit, így az egysejtűek összekapcsolódását, ezért a gamonokat a csillósoknál konjugációs feromonoknak is nevezik.[9] A gamonokat egyes fajok kibocsátják a környezetbe, míg másoknál azok a sejthártyában kötve maradnak. Gamonok különböző egysejtű csoportoknál vannak, legismertebbek a csillósok vagy a Chlamydomonas ostoros zöldalga és egyes barnamoszatok gamonjai. A gamonok különböző kémiai természetű anyagok lehetnek: egyesek sejtfelszíni glikoproteinek (például a Blepharisma japonicum I. gamonja) , amelyek akár az ostor membránján is helyet foglalhatnak (például a Chlamydomonas algánál). A gamonok lehetnek másfajta vegyületek is, például a blepharismone nevezetű egy nagy szénatomszámú összetett gyűrűs vegyület kalcium sója.

Hormonreceptorok

A Tetrahymena csillós egysejtű egyes sejtfelszíni receptorai megkötik a különböző állati eredetű hormonokat. (Néhányukat, például az inzulint maga a csillós is termeli.) A válaszreakció nem feltétlenül hasonlít arra, ami az állati sejtekben játszódik le, de egyes hormonoknál analóg folyamatok figyelhetők meg. Például inzulin és adrenalin hozzáadására a csillós glükóz-anyagcseréje változik meg, hisztamin és szerotonin hatására a fagocitózis aktivitása módosul. A tiroxin és prekurzorai az egysejtű növekedésére hatnak. Más hormonok nukleinsav szinten az átírást befolyásolva fejtik ki hatásukat. Az egysejtűben a hormonnal történt első találkozás maradandó változást eredményez, ez a jelenség a hormonális imprinting (Kőhidai és mtsai 2012). A hormon ismételt hozzáadása intenzívebb válaszfolyamatot válthat ki mint a legelső találkozásnál. Ekkor is fajlagos reakció jön létre: az azonos hormonnal történt kezelés hatása intenzívebb, mint a közeli rokon vegyületeké. Például az ismételt szerotonin kezelés hatása erősebb lesz annál, mint amikor a hasonló felépítésű indolecetsavval vagy ennek egyéb származékaival helyettesítik. A folyamat hátterében az áll, hogy a sejtfelszíni receptorok száma vagy hormonkötési képessége megváltozik.

2.1.2.2. Külső vázképződmények

A protisztáknál a sejtmembránon kívüli felszíni struktúrák gazdag választéka fordul elő. A Centrohelida napállatkák sejtjét kovatűk és pikkelyek veszik körül szabályos vagy kusza alakzatban, egy laza szerves alapanyagba beágyazva. A pellikula (pellicula) az egész sejtet burokszerűen körülveszi, határozott alakot biztosít az egysejtűnek, felszíni mintázata jellegzetes lehet. Például az Euglenozoa törzsben az Euglenida algákra jellemző.

A Dinozoa törzsben a dinoflagelláta algáknál jellemző téka (theca) a sejt egészét beborító cellulózelemekből kialakított váz, amelyet merevsége miatt páncélhoz hasonlítanak: ebből ered a csoport „páncélos ostorosok” elnevezése. Egyeseknél két, kagylóteknőszerű félből áll, a többségnél számos parányi elemből, amelyek rendezett formában helyezkednek el.

A teszta (testa) olyan ház, amelyhez az egysejtű hozzákapcsolódhat (például vékony állábakkal, epipodiumokkal), és egy vagy több nyíláson át belőle kinyújtózhat. A különböző házas amőbák többféle testa-típust alakítanak ki. Vázuk készülhet homogén szerves anyagból, amit az egysejtű állít elő. Ilyen a Hyalosphenia fajok mikroszkópos strukturát nem mutató, áttetsző háza. A bárkaállatkának nevezett Arcella fajok fehérjeszemcséket készítenek, ezekből ragasztják össze az óraüvegalakú házat. Sok házas amőba szervetlen anyagból speciális anyagcsereutakon hozza létre például a kovaváz vagy a mészváz építőelemeit, a kerek vagy ovális, esetleg négyzet alakú pikkelyeket, amelyeket azután szerves ragasztóanyaggal cementál egységes házzá. Más fajok idegen szervetlen elemekből, homokszemekből állítják össze a házukat. Az egysejtű által előállított vázanyagokat idioszómának nevezik, míg a környezetből felvett építőelemeket xenoszómának. A foraminiferáknál szintén teszta típusú váz fordul elő. Az egysejtű a váz likacsain kilépve annak felszínét is bevonhatja.

A lorika (lorica) szerves anyagból álló, gyakran áttetsző, nagy nyílású, többé-kevésbé hengeres képződmény, amelyből az aktív egyed kinyújtózik és szükség esetén elhagyja azt, majd újat képez helyette. Például a csillósok közé tartozó harangosállatkáknál (Tintinnida), vagy a szájkoszorús csillósoknál (Peritrichia) igen változatos felépítésű lorikák jelennek meg, míg a Salpingoecida ostorosoknál üvegszerűen áttetsző, vékonyfalú képződmény figyelhető meg. A Desmothoracida napállatka egy hosszú nyélen ülő, nagy nyílásokkal áttört, szerves lorikában ül.

2.6. ábra. Külső vázképződmények a) kovatűk és -pikkelyek egy Centrohelida napállatka felszínén (Heterophrys sp.) b) pellikula a zöld szemes-ostoros felszínén (Euglena sp.) c) téka (Dinophysis acuminata, Dinoflagellata) d)-h) teszta különböző házas amőbáknál (d – homokszemekből, pl. Difflugia, e – szerves anyagból, pl. Hyalosphenia, f – sajátkészítésű üveglemezekből, pl. Paulinella, g – az előbbi típus más formában és nagyobb nagyításnál, pl. Euglypha, h – a zsákmány tesztájának üveglemezkéiből készült ház pl Nebela) i) lorika (Lagenophrys sp. szájkoszorús csillós) j) lorika (Dictyocysta elegans, Tintinnida csillós)

2.6. ábra. Külső vázképződmények a) kovatűk és -pikkelyek egy Centrohelida napállatka felszínén (Heterophrys sp.) b) pellikula a zöld szemes-ostoros felszínén (Euglena sp.) c) téka (Dinophysis acuminata, Dinoflagellata) d)-h) teszta különböző házas amőbáknál (d – homokszemekből, pl. Difflugia, e – szerves anyagból, pl. Hyalosphenia, f – sajátkészítésű üveglemezekből, pl. Paulinella, g – az előbbi típus más formában és nagyobb nagyításnál, pl. Euglypha, h – a zsákmány tesztájának üveglemezkéiből készült ház pl Nebela) i) lorika (Lagenophrys sp. szájkoszorús csillós) j) lorika (Dictyocysta elegans, Tintinnida csillós)

2.1.3. A sejtváz

Az eukarióták között a protisztáknak változatos formavilágú csoportjai vannak sokszor igen bonyolult felületi képződményekkel. A felületi képződmények, köztük az ostorok, csillók, a különböző trichociszták és a sejthártya alatti alveolusok vagy más rendszerek mintázatának fenntartása a sejtváz feladata. A sejtváz molekulái felelősek a sejt mozgásáért és meghatározzák a sejten belüli struktúrák térbeli elrendeződését és mozgatását is. Komponenesei az eukariótákra általánosan jellemző 4–10 nm vastagságú mikrofilamentumok, amelynek zömét az aktin alkotja; az intermedier filamentumok és a mikrotubulusok. A mozgás kivitelezésében ezek mellett motorfehérjék is közreműködnek.

A sejtváz fenti három fő alkotójánál számos, csak a különböző protisztáknál megfigyelhető sajátosság van, és az eukariótákra jellemző három fenti alapvető csoport mellett az egysejtűeknél további, azokba nem illeszthető fehérjék is vannak.

Az aktin monomerek aktin filamentumokká történő polimerizációját az Alveolata szupercsoportban olyan nukleátor fehérjék segítik, amelyek az állatokban más feladatot töltenek be. Hiányzik az Arp 2/3 komplex, helyette például profilin fordulhat elő a Toxoplasma tachyzoitáiban vagy formin a Plasmodium falciparum merozoitáiban (Besteiro és mtsai 2011). Az aktin mikrofilamentumok amöboid mozgású egysejtűekben miozinnal kapcsolódva vastagabb, aktomiozin kötegekbe rendeződnek: ez a komplex áll az amöboid mozgás hátterében. A mikrofilamentumok a többsejtű eukariótákhoz hasonlóan a protisztáknál is részt vesznek a sejtosztódás folyamatában. A csillósoknál például az osztódás síkjában egy összehúzékony gyűrűt alkotnak, amelynek kontrakciója a sejtosztódás (citokonézis) befejezéseként a leánysejtek szétválását eredményezi.

Az aktinfilamentumok hálózatát különböző sejtmembrán-asszociált fehérjék kapcsolják a sejthártyához így stabilizálva magát a sejtvázat. A membránszkeleton elnevezésű, spektrinekből (aktinkötő fehérjék egy típusa) álló hálózat elsősorban az állatokban jellemző. A protiszták körében más molekulák fordulnak elő. Az alveolátáknál (dinoflagellátáknál és a csillósoknál) és az Euglenidáknál egy spektrint nem tartalmazó, epiplazmás membránszkeletont írtak le, amely a sejthártyát és az alatta elhelyezkedő kortikális alveolusokat tartja össze, és amely nem kötődik az aktinvázhoz. Eddig azonosított összetevői között artikulinok, plateinek, és kevésbé karakterizált, összefoglalóan epiplazmás fehérjéknek nevezett proteinek fordulnak elő. Genomszekvenciák felhasználásával nagyszámú paralóg – közös ős-génből génduplikáció és azt követő divergens evolúció útján kialakult – gén összehasonlítása eredményeként kiderült, hogy a papucsállatkák epiplazmás fehérjéi egy korábban ismeretlen, többgénes fehérjecsaládot alkotnak, az epiplazminokat (Pomel és mtsai 2006). Az Euglena fajokban az artikulinok a legfontosabb membránszkeleton összetevők (Huttenlauch és mtsai 1998). A membránszkeleton összetevői nem tartoznak a három alapvető sejtvázfilamentum-kategória egyikébe sem.

Az intermedier filamentumokról a protisztákban keveset tudni, ezek a mikrofilamentumokkal együtt a sejt alakját és az organellumok helyzetét szabják meg. Ez a sejtvázfehérje-csoport kevésbé jellemezhető egy-két fehérje jelenlétével, mint a két másik sejtvázfehérje típus. Átmérőjük 10 nm körüli. A sejtmagban előforduló sejtvázfehérjéket, a laminokat sokáig csak többsejtűekből ismerék, holott feltételezték, hogy a protisztáknál is lennie kell nukleoszkeletonnak. A genomikai vizsgálatok során sem kerültek elő lamin ortológok. 2012-ben azonban Dictyostelium-ban találtak egy sejtmagfehérjét, amelynek felépítése, sejtmagbeli elhelyezkedése, a mitózis alatti szabályozása és végül a megfelelő lokalizációját biztosító poszttranszlációs szignalizációs útvonal alapján biztonsággal kijelenthető, hogy megvan az első laminszerű fehérje, amely protisztában fordul elő (Krüger és mtsai 2012). Egyidejűleg a Trypanosoma brucei fajban egy másik nukleoszkeleton fehérjét találtak, amelynek funkcióit is kimerítően megvizsgálták. A NUP-1 fehérje csavart csavar („coiled coil ”) szerkezetű, ami a laminokra is jellemző. A sejtmag perifériáján helyezkedik el, és hiányában megszűnik a sejtmag szerkezeti integritása, tönkremennek a sejtmagpórus-komplexek, és a kromoszómák elrendeződése is megváltozik. Hozzájárul azoknak a géneknek a csendesítéséhez, amelyek a fejlődési ciklus adott stádiumában nem íródhatnak át. A NUP-1 kiütéses mutánsban a transzkripciós folyamatok is zavart szenvednek: átíródnak az emlősgazdában nem átíródó, prociklin típusú VSG gének és a teloméra-közeli, csendesített VSG gének is. A VSG gének átírása során az átrendeződések aránya megnő, így az antigénvariáció szabályozása is felborul (DuBois és mtsai 2012).

A mikrotubulusok (MT) tubulin-monomerekből felépülő, nem kontraktilis sejtvázelemek, amelyek részt vesznek a határozott alakkal jellemezhető egysejtűek formájának kialakításában, ezek az elemek adják a sejtváz merevségét. Az Euglena fajokban a sejt két pólusa között hosszanti lefutású mikrotubulus-kötegek vannak. A hálózatos állábú amöboid egysejtűekben hozzájárulnak a csoportra jellemző állábforma kialakításához az aktinvázzal egyetemben. A napállatkák és radioláriák tengelylábait mikrotubulusok merevítik amelyek taxonspecifikusan rendeződnek el. Az ostorral rendelkező egysejtűek egy részénél található struktúra a kariomasztigont, amely kúppalást alakban elrendeződő mikrotubulusokat tartalmaz, ahol a kúp csúcsa egy alapi test közelében van, a kiszélesedő rész pedig a sejtmag körül.

16 2.07. 2.7. ábra. A kariomasztigont sematikus ábrája egy Mastigamoeba fajban 2-07 Bevezetes a Protisztologiaba.jpg

2.7. ábra. A kariomasztigont sematikus ábrája egy Mastigamoeba fajban

Az ostorosok és csillósok szájkészülékének stabilitásáért is a mikrotubulusok felelősek. A lüktető űröcske-komplex térbeli elhelyezkedését is azok biztosítják. Az eddig felsorolt, elsősorban támasztó szerepkör mellett nagyon fontos részesei az organellumok mozgatásának. A vezikuláris transzport során a membránnal határolt különféle tartalmú és szerepű vakuolákat szállítják a szükséges helyre, de nagyobb sejtszervecskéket, így mitokondriumokat is transzportálnak. Mint magorsófonalak, a mitózis folyamán a kromatidák széthúzásában vesznek részt.

Amint a többi sejtvázfehérjéhez, úgy a mikrotubulusokhoz is kapcsolódnak fehérjék: ezek a mikrotubulus-asszociált proteinek és mikrofilamentumok, amelyek nélkülözhetetlenek a gyors mozgatás kivitelezésében. A pusztán a MT polimerizációja – depolimerizációja révén (például a mitózis magorsófonalainál) megvalósuló mozgás sokkal lassabb. A legismertebb motorfehérjék a dinein és a kinezin. A dineint Tetrahymena-ban fedezték fel, ez volt az elsőnek megismert motorfehérje. Kulcsszerepe van a csilló- és ostormozgásban.

Az egysejtű genom-projektek fontos új eredményei közé tartozik eddig ismeretlen tubulingén-családok felfedezése. A tubulingének szupercsaládja sokáig csak az alfa- és béta-tubulin családokat tartalmazta. Jelenleg legalább négy további tubulingén-családról tudunk. A gamma-tubulinokról azóta kiderült, hogy nem csak a neuronokban fordulnak elő, hanem számos eukariótában gyakoriak, a mikrotubulusok szerveződősénél fontos nukleációs faktorok. A delta- és epszilon tubulinok mind protisztákban, mind többsejtű eukariótákban szórványosak. A delta-tubulin például a Chlamydomonas alga ostorának megfelelő kialakításához kell. Egyedül a kinetoplasztosok között találtak eddig zéta-tubulint. Az újonnan megismert tubulinok szerepe általában még ismeretlen (Hausmann és mtsai 2003).

Az egysejtű alakjának megváltozásához a sejtváz átrendeződése szükséges. A folyamat szabályozása jelátviteli utakon keresztül valósul meg. Néhány esetben az inger hatására bekövetkező viselkedési válasz mögött meghúzódó molekuláris mechanizmust már ismerjük. Régóta tudott, hogy a nagyméretű rózsaszín szemhéjállatka nevű csillósok (Blepharisma) úszása fény hatására megváltozik, pozitív fotokinézist mutatnak. Hosszabb megvilágításnak kitéve a sejtek megnyúlnak. A megnyúlást a sejtvázelemek átrendeződése okozza, amely a Blepharisma foszducin (phosducin) nevű – az emberi retinában is előforduló molekulához hasonló – szolubilis foszfoprotein hatására következik be. A foszducin foszforilációs állapota határozza meg a G-fehérje βγ dimérje és a béta-tubulin kapcsolatát, ami már közvetlenül hat a sejtváz átrendeződésére. Megvilágítás hatására a foszducin defoszforilálódik, ez indítja el a kaszkád-folyamatot amelynek elején a G-fehérje β alegysége a dimérről disszociál. A foszducin expresszió kísérletes gátlása következtében G-fehérje β alegységének szintje a citoplazmában minimálisra csökkent, míg a sejthártyában megnőtt; a fotokinézis és a megnyúlás pedig jóformán nem volt megfigyelhető. Így igazolták a foszducin szerepét a megvilágítás hatására bekövetkező alakváltozásban (Sobierajska és mtsai 2011).

2.1.4. Az ostor és a csilló

Az ostor és csilló az eukarióták univerzális organellumai közé tartozik, összefoglaló elnevezésük undulipodium. Nincs olyan nagyobb eukarióta klád, ahol ne fordulna elő az ostor legalább néhány fajnál. Molekuláris alapfelépítésükben nincs érdemi különbség, ultrastruktúrájuk azonban a protiszta csoportoknál eltérő lehet. A protiszták körében csillónak a csillós egysejtűekben megfigyelhető ostorokat nevezzük. Minden más egysejtűnek ostora van, mennyiségtől és mérettől függetlenül. A Metazoa-ban a rövid, sűrűnálló képletek neve csilló (például az örvényférgek köztakaróját alkotja csillós hám vagy az emlősökben a légcsövet béleli csillós hám), a hosszabb, magányosan vagy néhányadmagával jelentkező képletek elnevezése ostor (például a hímivarsejteké).

Az elemi ostor ultrastruktúrájának részletes ismertetésétől itt eltekintünk, ez minden sejtbiológia tankönyvben szerepel. Az ostor nagy vonalakban a következő módon épül fel. Részei az alapi test (kinetoszóma, bazális test, blepharoblast) és az axonéma vagy csillószál, ostorszál. Az alapi test a sejthártya alatt helyezkedik el, kilenc mikrotubulus triplet alkotja. Mikrotubulus organizátor központként irányítja az axonéma mikrotubulusainak szerveződését. Az axonéma felé egy átmeneti rész vezet, ahol megjelenik a centrális dublet még egyedülálló mikrotubulus tagja, majd következik az axonéma, amelyet sejthártya borít. Az axonéma keresztmetszete az eukariótákban konzervált (9x2)+2 felépítést mutatja, vagyis kilenc perifériális mikrotubulus dublet és egy középső elhelyezkedésű dublet alkotja. Az axonéma szerkezetében apró különbségek lehetnek egyes protisztáknál: ha az ostor nem tölt be mozgató szerepet, hiányozhat a centrális dublet; a standard felépítésnél jellemző dinein karok mellett még továbbiak is előfordulhatnak; a dubletek B-tubulusában válaszfalak jelenhetnek meg (Anderson 1988, Sleigh 1989).

2.8. ábra. Az egysejtűek ostorának alapszerkezete a) az alapi testből egy átmeneti rész után következik az axonéma b) az axonéma keresztmetszete c) az alapi test keresztmetszete

2.8. ábra. Az egysejtűek ostorának alapszerkezete a) az alapi testből egy átmeneti rész után következik az axonéma b) az axonéma keresztmetszete c) az alapi test keresztmetszete

18 2.09. 2.9. ábra. Az ostor hossz- és keresztmetszeti képe TEM felvételeken a) A Chlamydomonas-ostor hosszmetszetén látható az alapi test (fekete nyílhegy), az átmeneti zóna (csíkos nyílhegy) és az axonéma a centrális dublettel (fehér nyílhegy) b) Csillós egysejtű ostorkeresztmetszete (fehér nyílhegy mutatja a centrális dubletet) (forrás: a): Darthmouth Electron Microscope Facility, Chlamydomonas#80506 b): CIL:9904, Richard Allen) 2-09 Bevezetes a Protisztologiaba.jpg

2.9. ábra. Az ostor hossz- és keresztmetszeti képe TEM felvételeken a) A Chlamydomonas-ostor hosszmetszetén látható az alapi test (fekete nyílhegy), az átmeneti zóna (csíkos nyílhegy) és az axonéma a centrális dublettel (fehér nyílhegy) b) Csillós egysejtű ostorkeresztmetszete (fehér nyílhegy mutatja a centrális dubletet) (forrás: a): Darthmouth Electron Microscope Facility, Chlamydomonas#80506 b): CIL:9904, Richard Allen)

A protiszták ostorát változatos struktúrák vehetik körül amelyek csak egy adott csoportra jellemzőek. A paraxonémális struktúrák az axonémán a sejthártya alatt találhatók, gyakran meghatározott dubletekhez kapcsolódnak. Pontos természetük és funkciójuk gyakran ismeretlen. Például az Euglenozoa törzsben jellemzőek az axonémán különböző kidudorodások (paraxonémális testek) amelyek között némelyek szabályos ultrastruktúrát mutatnak. Az ú.n. paraxiális pálca az Euglenozoa mellett a például a kovaostorosoknál (Silicoflagellida) van jelen, az axonéma membránja alatt a 9+2 struktúra mellett elhelyezkedő, keresztmetszetben szabályos rácsalakzatba elrendeződött mikrotubulusok sűrű tömege alkotja. Az ostor vastagságát közel duplájára növeli.

19 2.10. 2.10. ábra. A paraxiális pálca a) ostor axonémája paraxiális pálcával (fehér nyíl) és anélkül (fekete nyíl) (Anisonema sp., Euglenozoa, Euglenida) - kép feletti videó; b) a vastag ostor keresztmetszete, felül az axonéma, alul a paraxiális pálca c) paraxiális pálca TEM felvétele c) a mikrotubulusok rácsos elrendeződése a paraxiális pálca közepén (c-d forrása: CIL:14483, John Murray) 2-10 Bevezetes a Protisztologiaba.jpg VIDEÓ

2.10. ábra. A paraxiális pálca a) ostor axonémája paraxiális pálcával (fehér nyíl) és anélkül (fekete nyíl) (Anisonema sp., Euglenozoa, Euglenida) VIDEÓ b) a vastag ostor keresztmetszete, felül az axonéma, alul a paraxiális pálca c) paraxiális pálca TEM felvétele c) a mikrotubulusok rácsos elrendeződése a paraxiális pálca közepén (c-d forrása: CIL:14483, John Murray)

Az axonéma külseje lehet csupasz vagy apró pillák (masztigonéma) boríthatják. A masztigonémák elhelyezkedése (pl. egy- vagy kétsorban) és felépítése jellemző az adott protiszta csoportra. A masztigonéma alapi részéből egy vékonyabb masztigonéma-nyél ered, ennek csúcsán egy vagy több masztigonéma szálacska található. A masztigonémák az endoplazmatikus retikulumban jönnek létre, anyaguk glikoprotein. Előfordulásuk jellemző például az Euglenozoa törzs Euglenoidea csoportjában és a Kinetoplastea csoportban a Bodonidae családjában ahol az előreirányuló, hosszú (pleuronematikus) ostor pillás. Szintén jellemző a pillás ostor a Stramenopila és a Cryptomonadea csoportban, de más elrendeződésben.

2.11. ábra. Masztigonémák az ostor felszínén. a) a pantonematikus masztigonémák két sorban állnak, az ostorra merőlegesen helyezkednek el. A mozgáshullám iránya és az úszásirány a masztigonémák jelenléte miatt megegyező (pl. a heterotróf Cafeteria fajok, Bicosoecida) b) az előbbi ábra részlete mutatja a masztigonéma felépítését c) a masztigonémák a Bodo fajok anterior ostorán egy sorban, kis kötegekben helyezkednek el (sztihonematikus ostor)

2.11. ábra. Masztigonémák az ostor felszínén. a) a pantonematikus masztigonémák két sorban állnak, az ostorra merőlegesen helyezkednek el. A mozgáshullám iránya és az úszásirány a masztigonémák jelenléte miatt megegyező (pl. a heterotróf Cafeteria fajok, Bicosoecida) b) az előbbi ábra részlete mutatja a masztigonéma felépítését c) a masztigonémák a Bodo fajok anterior ostorán egy sorban, kis kötegekben helyezkednek el (sztihonematikus ostor)

Az ostorkészülék (flagelláris apparátus) azon sejtvázstruktúrák összefoglaló neve, amelyek egy adott ostor alapi teste körül helyezkednek el. E struktúráknak kiemelt szerepe van a különböző ostoros egysejtűek morfológiai vizsgálata során, rendszerint apomorf bélyegeket hordoznak, döntő fontosságúak lehetnek a taxonómiában. Gyakran mikrotubuláris képletek, vagy más sejtvázelemek, amelyek mennyiségi viszonyai és pontos térbeli helyzete az alapi testhez képest fontos jellemzője egy adott ostoros-csoportnak. A mikrotubulusok és más filamentumok kapcsolatot teremthetnek az ostorok, ill. a csillók alapi testjei között. A legbehatóbban tanulmányozott ilyen típusú rostrendszer a csillósoknál fordul elő.

Kivételes esetekben az axonéma nem a sejt felszínénél kezdődik. A Giardia intestinalis-nál például az ostorok proximális harmada intracellulárisan halad.

2.12. ábra. Intracellulárisan futó axonéma hosszmetszetben (kapocs, Giardia sp.cisztája) (Nyilak: szabad axonémák keresztmetszetei) (forrás: CDC, PHIL 11625, Stan Erlandsen és Dennis Feely )

2.12. ábra. Intracellulárisan futó axonéma hosszmetszetben (kapocs, Giardia sp.cisztája) (Nyilak: szabad axonémák keresztmetszetei) (forrás: CDC, PHIL 11625, Stan Erlandsen és Dennis Feely )

Egyes Trypanosomatida és Trichomonadida fajoknál az axonéma proximális részének membránja fúzionálhat a sejtfelszín membránjával. Az így kialakuló képletet hullámzóhártyának (membrana undulans) nevezik, az epimasztigóta és tripomasztigóta alakoknál figyelhető meg. A tripomasztigóták az emlős vérben ennek intenzíven hullámzó mozgásával úsznak, a szabad axonéma szerepe kisebb. A nagyobb felületet nyújtó hullámzóhártya valószínűleg előnyösebb a víznél sűrűbb közegben.

2.13. ábra. Tripomasztigóta alak hullámzóhártyával (Trypanosoma irwini, fotó: L. M. McInnes) (szaggatott nyilak: hullámzóhártya, folytonos nyíl: szabad axonéma)

2.13. ábra. Tripomasztigóta alak hullámzóhártyával (Trypanosoma irwini, fotó: L. M. McInnes) (szaggatott nyilak: hullámzóhártya, folytonos nyíl: szabad axonéma)

Az ostor axonémája lehet egészen parányi, például a tripanoszomatidák amasztigóta alakjánál nem nyúlik ki a flagelláris zsebből. A Pelomyxa palustris mocsári amőbánál nem csak a sejt 1-2 milliméteres méretéhez képest, de egyébként is nagyon apró ostorok figyelhetők meg elszórtan (jobbára csak elektronmikroszkópos felvételen).

2.14. ábra. Az amasztigóta alak ostorának axonémája olyan rövid, hogy nem hagyja el a flagelláris zsebet (TEM, Trypanosoma brucei, forrás: CIL:12595, Johanna Hoog)

2.14. ábra. Az amasztigóta alak ostorának axonémája olyan rövid, hogy nem hagyja el a flagelláris zsebet (TEM, Trypanosoma brucei, forrás: CIL:12595, Johanna Hoog)

Az ostorok elhelyezkedésének, amely jellemző minden egysejtű csoportnál, filogenetikai vonatkozása is van. Az Opistokonta klád tagjaiban (Holozoa, Fungi, Ichthyosporea, Nucleariida stb.) az ostoros alakon az alapi test mindig az egysejtű haladási iránnyal ellenkező végén található, az axonéma hátrafelé irányul (opisztokont ostor). Az összes többi eukarióta anterokonta, azaz, az alapi testről a haladás irányába nyúlik ki valamennyi axonéma, mintegy maga után húzva, vontatva a sejtet. Az axonémákra vonatkozó bőséges terminológia az algológiai szakkönyvekben tanulmányozható. Itt a legfontosabbakat foglaljuk össze röviden. Az ostorok száma alapján megkülönböztethetünk unikont vagy egyostoros, ill. bikont azaz kétostoros egysejtűt. Az izokont ostorok egyforma hosszúak, a felemás ostorokat anizokontnak nevezik. Az izodinamikus ostorok azonos ütemben és síkban működnek, ellentétben a heterodinamikus ostorokkal. Az anizokont ostorok lehetnek eltérő vastagságúak és mozgásuk is különbözhet. A heterotróf euglenida ostoros Anisonema fajok heterodinamikus ostorai közül a rövidebb és vékonyabb előrefelé áll, húzza maga után a sejtet (az ilyen húzóostor régies elnevezése tractellum), míg a másik vastagabb ostor hátrafelé irányul, hossza a sejtének akár háromszorosa is lehet. Számos ostoros egysejtűnél nagyszámú, akár ezres nagyságrendű ostor figyelhető meg. Ezek az egysejtű felületének nagy részét boríthatják.

Régen a protisztológiában az ostor és a csilló elkülönítése az axonémák száma és mérete alapján történt. Az egy, vagy néhány, rendszerint hosszabb axonémát ostornak nevezték, a sok rövidet pedig csillónak. (A citológiában ma is él ez a megkülönböztetés: a spermiumnak ostora van, a légcső hámját csillók borítják.) Néhány ostoros csoportról a sok rövid undulipodium miatt azt feltételezték, hogy a csillósok előfutárai, ilyenek az Opalinata, vagy a Stephanopogon fajok. Ma már tudjuk, hogy ezek az egysejtűek nem is Alveolata-k, az Opalinata Stramenopila, a Stephanopogon pedig Excavata. A legtöbb ostor a Parabasalia csoportban a sokostorosoknál (Hypermastigea) van, ahol számuk a tízezret is elérheti. Az ostoros egysejtűek filogenetikai változatosságának felismerését követően a protisztológiában csillónak kizárólag a csillós egysejtűek undulipodiumát nevezik.

2.1.5. A citoplazma

A citoplazma az a közeg, ami tartalmazza az organellumokat, 70–90 százaléka víz, a többit a benne található sók, molekulák és sejtvázelemek teszik ki. Az amöboid egysejtűeknél a mozgás során a citoplazma jelentős része áramlik, ami hozzájárul a különböző tápanyagok és molekulák eloszlásához a sejtben. A csillósoknál a sejtnek határozott alakja van, és bizonyos fajoknál egy egyirányú citoplazmaáramlás vagy ciklózis biztosítja a tápanyagok megfelelő eloszlását. A ciklózis jól tanulmányozható például a papucsállatkán, ahol az emésztőűröcskék és más apró, kristályszerű képletek a kortex alatt egy ovális pályán áramlanak körbe a sejtben, másodpercenként átlagosan 3 µm-t haladva. A mozgás kivitelezésében feltételezések szerint részt vesz a perifériás aktinváz, a motorfehérjék kilétét azonban még nem tisztázták. A ciklózis jelensége az egysejtűek körében nem általános.

A citoplazmában számos kisebb, membránnal határolt organellum található. A peroxiszómák, lizoszómák és szállító vezikulák mellett különböző lizoszómaszerű organellumok (Lysosome Related Organelles, LRO) is találhatók. Utóbbiak közé tartoznak a Trypanosoma Schyzotrypanum szubgenuszában az epimasztigóta alakban előforduló rezervoszómák, amelyek többedmagukkal az egysejtű poszterior végén helyezkednek el. Gömbölyded, egységmembránnal határolt organellumok. A mátrix savas kémhatású, nagy részét fehérje tölti ki, benne kisebb zárványok formájában találhatók a lipidek. A lipidek között nagy mennyiségben fordulhat elő például koleszterin. Az egysejtű életciklusa során a fejlődési állapotnak megfelelően a rezervoszómák szerepe változik: lehetnek szekréciós fehérje raktárak, a sejtfelszínről endocitózissal fehérjéket vehetnek fel majd tárolják és lizoszómaként is működhetnek. Éhezés során a rezervoszómák tartalmát mobilizálják (Cunha-e-Silva és mtsai 2006).

2.1.6. A peroxiszómák

A peroxiszómák az eukarióták legdiverzebb sejtszervecskéi. Eredetük mind a mai napig vitatott: nem tudni, szimbiogenezissel kerültek-e az eukarióta sejtbe vagy sem. A legújabb eredmények az utóbbi álláspontot erősítik, a baktérium-eredetet nem támasztja alá megfelelő filogenetikai bizonyíték. Valószínűleg az endoplazmatikus retikulumból alakultak ki. (Gabaldón és Capella-Gutiérrez 2010). Mind a lebontó, mind a bioszintetikus anyagcsereutakban részt vesznek, továbbá szerepet játszanak a sejt méregtelenítésében is (reaktív oxigén gyökök eliminálása). Egyik feladatuk az igen hosszú zsírsavláncok közepes méretűekre történő feldarabolása. A peroxiszómák fontos redox-enzimeket tartalmaznak.

2.15. ábra. a) Rezervoszómák (R) Trypanosoma cruzi citoplazmájában (nyíl: kristályos lipidzárvány, skála: 0,5 μm; forrás: Pereira és mtsai 2011) b) Peroxiszómák, belsejükben néhány rövidke tubulussal (nyíl, Tetrahymena pyriformis, forrás: CIL:36215, Richard Allen (University of Hawaii))

2.15. ábra. a) Rezervoszómák (R) Trypanosoma cruzi citoplazmájában (nyíl: kristályos lipidzárvány, skála: 0,5 μm; forrás: Pereira és mtsai 2011) b) Peroxiszómák, belsejükben néhány rövidke tubulussal (nyíl, Tetrahymena pyriformis, forrás: CIL:36215, Richard Allen (University of Hawaii))

Molekuláris oxigén jelenlétében szerves szubsztrátokat toxikus hidrogénperoxid keletkezése közben oxidálnak. A keletkező hidrogénperoxidot különböző peroxidáz enzimek használják szerves vegyületek oxidálására, a maradék hidrogénperoxidot például a kataláz és a szuperoxid diszmutáz enzimek bontják, miközben víz és oxigén keletkezik. A peroxiszóma enzim-összetétele élőlénycsoportonként változó.

A fenéküledékben élő aerob foraminiferák körül az üledék rendszeresen oxigénszegénnyé vagy oxigénmentessé válik, mégsem pusztulnak el. Kimutatták, hogy a legtöbb itt élő foraminiferának rengeteg peroxiszómája van, amelyek szorosan az endoplazmatikus retikulum közelében helyezkednek el, komplexet alkotva. Gyakran mitokondriumok is megfigyelhetők elszórtan a komplex membránjai között. Az anaerob üledékben nagymennyiségű hidrogénperoxid keletkezik a prokarióta anyagcserefolyamatok eredményeként, ami toxikus az eukariótákra nézve. Ugyanakkor a foraminiferákban magasabb ATP tartalmat mutattak ki a megemelkedett hidrogénperoxid szint mellett. A látszólagos ellentmondás magyarázata az, hogy a foraminiferák a keletkező hidrogénperoxidot oxigénforrásként hasznosítják a peroxiszómákban zajló reakcióutak segítségével. A peroxiszómában a kataláz enzim a hidrogénperoxidot vízre és oxigénre bontja, az oxigén jelenlétében pedig a mitokondriumban akadálytalanul történhet a terminális oxidáció, a külső anoxikus környezet ellenére. A respiráció végső elektronakceptorát, az oxigént, ugyanis a peroxiszómák állítják elő az egysejtű számára. Ahogy a terminális oxidáció intenzitása nő, úgy emelkedik az egysejtűben az ATP szint (Bernhard és Bowser 2008).

A genomvizsgálatok eredményei arra utalnak, hogy a peroxiszómák nincsenek jelen minden protisztában, például hiányoznak a Giardia-ból. A Plasmodium fajokban működő mitokondrium van, de peroxiszómák nincsenek. A Dictyostelium amőbában és a csillósokban viszont jelen vannak (Tetrahymena és Paramecium fajok). A Trypanosomatida glikoszómái speciális, módosult peroxiszómák (Gabaldon 2010).

2.1.7. A glikoszóma

A glikoszóma peroxiszóma jellegű sejtszervecske, amely az Euglenozoa törzsben a Kinetoplastea csoportban fordul elő[10]. Ismeretes a Trypanosoma, Leishmania, Crithidia és Phytomonas fajokban, a szabadonélő Trypanoplasma borelli és Cryptobia salmositica fajoban. Nemrég kimutatták, hogy a glikolízisnek legalább egy enzime az Euglenozoa másik, közeli csoportjában (Diplonemida) is kompartmentben található. Az Euglenida csoportban peroxiszómák vannak ugyan, de glikoszóma nem fordul elő. Az organellum evolúciójáról az a jelenlegi elképzelés, hogy az Euglenozoa-ban jött létre, a Diplonemida-Trypanosomatida kládon, az Euglenidatól való elválást követően. A hidrogénperoxid létrehozásához szükséges oxidázok, valamint a legtöbb fajból (például valamennyi Trypanosomatida-nál) a kataláz, teljesen eltűntek. Ezeknél a toxikus hidrogénperoxid eliminálását egy másik enzim, a trypanothione, továbbá a citoplazma magas aszkorbát tartalma (C-vitamin) végzi el az aszkorbát-dependens hemoperoxidáz segítségével.

A glikoszóma speciális peroxiszóma, amelynek a normál, kataláz ill. peroxidáz aktivitást mutató peroxiszómákkal közös sajátossága, hogy ugyanolyan típusú topogenikus szignálokkal működik, és a mátrixába történő protein-import fehérjéi, továbbá a membránfehérjéinek az inszerciós helyei homológok az állati, növényi és gomba peroxiszómákéival. A glikoszóma a glikolízis enzimrendszerét, valamint a purin lebontásához és a pirimidin de novo bioszintéziséhez szükséges enzimeket tartalmazza. Az organellum enzimtartalma nem csak az egyes fajok között, hanem a Trypanosomatidák bonyolult fejlődésmenetének egyes állomásai során is eltérő lehet.

2.16. ábra. Trypanosoma brucei-ből sejtfrakcionálással izolált glikoszómák a) sok glikoszóma kis nagyítással, skála: 1 μm b) nagy nagyítás mellett az egyedi glikoszómákon látható a határoló egységmembrán és a belsőt kitöltő elektrondenz anyag; skála: 0,1 μm (forrás: Gualdron-Lopez 2012 b)

2.16. ábra. Trypanosoma brucei-ből sejtfrakcionálással izolált glikoszómák a) sok glikoszóma kis nagyítással, skála: 1 μm b) nagy nagyítás mellett az egyedi glikoszómákon látható a határoló egységmembrán és a belsőt kitöltő elektrondenz anyag; skála: 0,1 μm (forrás: Gualdron-Lopez 2012 b)

Az eukarióta doménben egyedülálló, hogy a glikolízis enzimei egy membránnal határolt kompartmentben fordulnak elő, nem pedig szabadon a citoplazmában. A kompartmentalizáció egyik lehetséges előnye az, hogy lehetőséget teremt olyan elzárt mikroterek kialakulására, ahol speciális reakció körülmények között olyan enzimatikus folyamatok játszódhatnak le amelyek a citoplazma egészében károsak lennének. Például a glicerinaldehid-3-foszfát-dehidrogenáz és a glicerin-kináz jelenléte lehetővé teszi, hogy anaerob viszonyok között ATP-t termeljenek, miközben a glicerin-kináz a szokásostól eltérően, reverz módon működik, ami termodinamikailag kedvezőtlen, mert ez az ATP/ADP arány túl alacsony voltához vezet (Gualdron-Lopez és mtsai 2012).

2.1.8. Az endoplazmatikus retikulum

A protisztákban, mint minden eukarióta sejtben, az endomembrán rendszer szabályozza a sejt molekuláris transzportfolyamatait a sejt és a környezete között. Az endomembrán rendszert számos organellum együttese alkotja: a legfontosabbak a sejtmaghártyából kiinduló endoplazmatikus retikulum (ER), a Golgi-készülék és az endoszomális-lizoszomális kompartment összetevői, valamint a sejthártya. Az endomembrán rendszer elemei között vezikuláris transzporttal történik az anyagszállítás.

Az endomembrán-rendszer elemei valószínűleg már az utolsó eukarióta közös ősben megvoltak. A különböző protiszta kládokon számos parazitánál megfigyelhető az endomembrán-rendszer elemeinek a redukciója. Korábban úgy gondolták, hogy fennmaradtak olyan ősi csoportok leszármazottai amelyekben még nem alakult ki pl. az ER vagy Golgi-apparátus. Ma már tudni, hogy minden organellum látszólagos hiánya reduktív evolúció eredménye és az endomembrán-rendszer membránfehérjéit kódoló gének – a vizsgált protisztára jellemző összeállításban – kimutathatók a gazda genomjában. Másfelől, az endomembrán-rendszer minden protisztában jelen van, csak a redukció következtében kisebb és más morfológiájú képletek formájában.

A protiszták többségében jól fejlett sima- és durvafelszínű endoplazmatikus retikulum található, akárcsak a többi eukariótában. A sejt endomembrán-rendszerének átlagosan a felét teszi ki, azonban egyes parazitáknál erősen redukált, például a Giardia genusznál: nincsen ER, hiányzanak a lizoszómák és a peroxiszómák. Helyettük egy folytonos, vezikuláris hálózat figyelhető meg, amely feltételezhetően ellátja mind az ER, mind az endoszómák és a lizoszómák feladatait.

2.1.9. A Golgi-készülék

A Golgi-készülék univerzálisan jelen van az eukariótákban. Néhány protisztában azonban reduktív evolúció során erősen visszafejlődött, náluk nem figyelhető meg a lapított membránzsákokból (ciszternák) formált jellegzetes struktúra. A redukált Golgi-apparátusra a legismertebb példák a következők: endoparaziták (Excavata: Giardia és az Amoebozoa: Entamoeba histolytica, Heterolobosa : Naegleria gruberi, egyes Apicomplexa genuszok: Theileria, Cryptosporidium, Babesia ), intesztinális kommenzalisták és állati paraziták (Oxymonadea, Retortamonadea); szabadolélő tengeri vagy édesvízi fajok (Amoebozoa: Mastigamoeba, Stramenopila: Leukarachnion és Heterolobosa: Stephanopogon). A Golgi-készülék redukciója tehát különböző kládokon, különböző életmódot folytató protisztáknál bekövetkezett. Alapos ultrastrukturális vizsgálatokkal azonban néhány csoportban már elektronmikroszkóposan is kimutatták az eleinte nemlétezőnek gondolt organellumot, pl. a Plasmodium genuszban vagy az Entamoeba histolytica-ban. Az organellum tényleges hiányát elvi megfontolásból is megkérdőjelezték, hiszen számos olyan anyagot állítanak elő az érintett egysejtűek, amelyek az eukariótákban tipikusan a Golgi-apparátushoz kötődnek: ilyenek például az Entamoeba histolytica glikoproteinjei, lektinkei és glikolipidjei amelyek nélkül nem tudna sikeresen megtelepedni a gazdában. A Golgi-készülék meglétét a főként vagy kizárólag ezen organellum működéséhez kötődő fehérjék csoportjának a kimutatásával lehet igazolni. A genomszintű vizsgálatok új lehetőséget teremtettek a Golgi-fehérjék tanulmányozására, számos új csoportspecifikus protein felismerését eredményezve.

A redukált Golgi-készülékes fajoknál valójában egyetlen membránzsák alkotja a Golgi-komplex központi részét. A Toxoplasma gondii-ban található egyetlen, nagyméretű Golgi-ciszterna a kezdetektől fogva ismert, nagy méretéből adódóan. A csillósoknál a Plasmodium-hoz hasonlóan a Tetrahymena és a Colpoda fajokban szintén egy- vagy néhányciszternás Golgi-készülék van, de sokadmagával fordul elő a sejtben. A legtöbb ciszternát a Parabasalia csoport fajainál találták, számuk a harmincat is meghaladja (Mowbrey és Dacks 2009).

A Golgi-készülék az eukariótákban jellemző funkciók mellett olyan tipikus protiszta struktúrákat állít elő, mint a különféle csoportok “előre gyártott” vázelemei (pl. a Filosea házas amőbák: Euglypha fajok), a különféle ostorosok parányi masztigonémái, vagy az extruszómák.

2.1.10. A mitokondrium, a hidrogenoszóma és a mitoszóma

Minden eukariótának van valamilyen mitokondrium eredetű organelluma. A klasszikus mitokondrium kettős membránnal határolt, az elsődleges szimbiogenezis során kialakult organellum, amelynek belső membránja a jellegzetes felületnövelő betűrődéseket, krisztákat alkot. A mitokondrium mátrixában zajlik a citromsav-ciklus, a belső membránok felületén pedig a terminális oxidáció. A mitokondrium a sejt energiatermelő organelluma, a terminális oxidáció során itt képződik a legtöbb ATP a glükóz aerob lebontása során. Az eukarióta filogénia során számos kládon kialakultak anaerob vagy mikroaerofil élőlények. A tartósan oxigénszegény vagy oxigénmentes környezetben élő eukariótáknál (amelyek döntően protiszták) filogenetikai helyzetüktől függetlenül kialukult két speciális származéka a mitokondriumnak, a hidrogenoszóma és a mitoszóma (Martin és Müller 2007). Nincs olyan eukarióta, ahol egyazon sejtben e három közül egyszerre kettő is előfordulna.

2.17. ábra. Fontosabb sejtalkotók a citoplazmában a) durvafelszínű endoplazmatikus retikulum b) Golgi-készülék c) mitokondriumok csöves krisztákkal (Arcella intermedia, Amoebozoa, a felvételeket Dr. Csikós György készítette)

2.17. ábra. Fontosabb sejtalkotók a citoplazmában a) durvafelszínű endoplazmatikus retikulum b) Golgi-készülék c) mitokondriumok csöves krisztákkal (Arcella intermedia, Amoebozoa, a felvételeket dr. Csikós György készítette)

2.1.10.1. A mitokondriumok típusai és előfordulásuk

A mitokondrium döntően oxigénben gazdag környezetben működik hatékonyan. A terminális oxidáció során a redoxegyensúly fenntartására a redukált koenzimek ADP foszforilálása mellett oxidálódnak és az elektronokat a végső akceptorra, oxigénre juttatják. Ez a klasszikus felépítésű és működésű mitokondrium jellemző az aerob protisztákra.

Néhány egysejtű az időleges oxigénhiány alkalmával is képes tovább működtetni a mitokondriumát energiakonzerválással együtt: a szabadonélő Euglena fajok például végső elektronakceptorként endogén eredetű köztes anyagcsere termékeket, fumarátot, vagy acetil-koenzim A-t használnak. A folyamat végén szukcinát és viaszészterek keletkeznek. Ezt nevezik a mitokondrium anaerob működésének. Protisztákban kizárólag fakultatív anaeroboknál figyelhető meg, szemben az állatvilággal, ahol a parazita férgek ezt a folyamatot tartósan használják.

Az Euglena az Euglenozoa törzs egyik jellegzetes csoportjának a tagja. A másik meghatározó csoport a kinetoplasztosok, amelyek speciális gazdaváltó életmódja következtében a mitokondrium is plasztikusan változik az aerob- és anaerob viszonyoknak, valamint a tápanyagellátásnak és a környezet hőmérsékletétől függő mértékben. A kinetoplasztosok mitokondriuma a gerinces gazdában csökkent fejlettségű, hiányoznak belőle a lemezes kriszták és kizárólag a redoxegyensúly fenntartására szolgál. Az energiakonzerválás a citoplazmában fermentáció során történik (Müller és mtsai 2012). Az afrikai tripanoszómáknál a gerincesekben uralkodó hosszú, menyúlt tripanoszóma alakokra jellemző a fenti tulajdonság. Az emberben későb megjelenő zömök formáknál már létrejönnek a lemezes kriszták, ezek a preadaptációk majd a rovar gazdában lesznek fontosak, ahol a prociklikus alak mitokondriuma meghatározó az energiakonzerválásban.

2.18. ábra. Kinetoplaszt a Trypanosoma mega parazitából; az alsó képen a fent nyíllal jelölt kinetoplaszt nagyított képe látható (forrás: CIL:11410, Winston Anderson)

2.18. ábra. Kinetoplaszt a Trypanosoma mega parazitából; az alsó képen a fent nyíllal jelölt kinetoplaszt nagyított képe látható (forrás: CIL:11410, Winston Anderson)

A kinetoplasztos egysejtűek mitokondriális DNS-e egyedülálló szerkezetű az élővilágban, ezért önálló elnevezést is kapott, kinetoplaszt DNS, kDNS a neve. A szokatlanul nagy DNS tömeg amely az ostor alapi testje tövénél elhelyezkedő mitokondrium belsejében van, valójában egy óriási DNS hálózat, amelynek elemei, a cirkuláris kromoszómák egy sodronying láncszemeinek módjára fűződnek egymásba. Kétféle formában jelenik meg a DNS, vannak nagyobb és kisebb gyűrűkromoszómák (maxi- és minicircle). Előbbiek az eukarióta sejtek mitokondriumaiban jellemző méretűek és a mitokondriumokra jellemző fehérjéket kódolják, például a citokróm b-t, a citokróm oxidáz alegységeit, ATP-áz alegységet, NADH-dehidrogenáz alegységet és rRNS-t. A kis gyűrűkromoszómák szerepe egészen más, a rajtuk kódolt fehérjék kicsik és feladatuk a nagy gyűrűkromoszómákról átíródott mRNS-ek szerkesztése (illesztése). Az illesztés (splicing) során válik a gén „értelmessé”, azaz exonok sorozatává. A nagy gyűrűkromoszómán levő gének kereteltolódás miatt nem a működő fehérjét kódolják. A „hibás”, nagy gyűrűkromoszómáról átírt mRNS-t a kis gyűrűkromoszómákon kódolt néhány tíz bázisnyi ún. irányító RNS molekulák (guide-RNS, gRNS) javítják ki. A gRNS egy része az 5’ vég közelében komplementer a már kijavított mRNS-sel: ezt a szakaszt horgony szekvenciának nevezik, mivel templátként szolgál az uridin inszerciójához vagy deléciójához. A kDNS a sejt teljes DNS tartalmának közel a harmadát teszi ki. (Alfonzo és mtsai 1997 )

2.1.10.2. A hidrogenoszóma

A hidrogenoszómát a Tritrichomonas foetus vizsgálata során fedezte fel Müller Miklós 1973-ban (Lindmark és Müller 1973). A hidrogenoszóma kettős membránnal határolt, oxigén-szenzitív organellum, amely hidrogént termel. Nincsen a klasszikus mitokondrium krisztáihoz hasonló, nagy felületű belső membránrendszere, hiányoznak belőle a citokrómok és a citromsavciklus enzimrendszere, protonpumpája nincs és DNS sem található ebben az organellumban. Elsődlegesen a glikolízis során képződött piruvát lép be a hidrogenoszómába. Energiakonzerválás a mátrixban zajló reakciók során történik, ahol kizárólag szubsztrátszintű foszforiláció során 1 glükóz molekulára számítva 2 ATP termelődik.

A protiszták között a következő élőlénycsoportoknál van hidrogenoszóma: Parabasalia (Excavata), Psalteriomonas lanterna (Excavata) és a Ciliophora egyes genuszai (Alveolata). Ezeken kívül a Chytridiomycota (Fungi) és a Loricifera (Metazoa) csoportokban található még ez az organellum.

2.19. ábra. Hidrogenoszómák a)-b) a Psalteriomonas lanterna ostorosból (Heterolobosea) (forrás: de Graaf és mtsai 2009), c) Calkinsia aureus, az egyetlen ismert hidrogenoszóma előfordulás az Euglenozoa törzsben (forrás: Yubuki és mtsai 2009) d) hidrogenoszómák Tritrichomonas foetus-ban (Parabasalea) (forrás: de Souza és mtsai 2003) e)-f) hidrogenoszóma-szerű organellumok a Metazoa Loricifera törzsébe tartozó gerinctelen állatokban (forrás: Danovaro és mtsai 2010)

2.19. ábra. Hidrogenoszómák a)-b) a Psalteriomonas lanterna ostorosból (Heterolobosa ) (forrás: de Graaf és mtsai 2009), c) Calkinsia aureus, az egyetlen ismert hidrogenoszóma előfordulás az Euglenozoa törzsben (forrás: Yubuki és mtsai 2009) d) hidrogenoszómák Tritrichomonas foetus-ban (Parabasalia) (forrás: de Souza és mtsai 2003) e)-f) hidrogenoszóma-szerű organellumok a Metazoa Loricifera törzsébe tartozó gerinctelen állatokban (forrás: Danovaro és mtsai 2010)

A hidrogenoszóma és a mitokondrium viszonya évtizedekig rejtve maradt a kutatók előtt, egyesek eleinte peroxiszóma származéknak gondolták, mások felvetették egy a mitokondriumétól független szimbiogenezis folyamatának a lehetőségét. A korai ismeretek csak megerősítették a két organellum különbözőségét. A hidrogenoszómában elsőként olyan fehérjéket karakterizáltak, amelyek tényleg nem jellemzőek a klasszikus mitokondriumra: ilyen az organellum két kulcsfontosságú enzime, a piruvát-ferredoxin oxidoreduktáz (PFO) és a prosztetikus csoportjában kizárólag egyfajta fémiont, vasat tartalmazó vashidrogenáz. A hidrogenoszóma eredetéről vallott nézetek akkor változtak meg gyökeresen, amikor rövid időközön belül több független közlemény tudósított a két organellum közös dajkafehérjéiről. A hidrogenoszóma Hsp70, Hsp60 és Hsp10 dajkafehérje génjeinek bázissorrendje azonosnak bizonyult a mitokondrium és a bíborbaktériumok (alfa-proteobaktériumok egy csoportja) jellemző, konzervált génszakaszaival (molekuláris aláírást jelző szakaszok, signature sequences) (pl. Bui és mtsai 1996). Ez egyértelműen eldöntötte a vitát a közös eredet javára, ami egyben azt is megerősítette, hogy a mitokondrium kialakulása elsődleges szimbiogenezissel egyszer történt meg az evolúció során.

A mitokondrium és a hidrogenoszóma között nincsen éles határvonal, jó példa erre a hidrogéntermelő mitokondrium. A Nyctotherus ovalis endozoikus csillósnak sajátos anaerob mitokondriuma van, amely kevés krisztát hordoz, van cirkuláris DNS-e és megvan az elektrontranszportlánc első két komplexe (I. és II.), tehát van protonpumpája. [Fe-Fe]-hidrogenázt tartalmaz, a végső elektronakceptor proton, így hidrogént termel. (A hidrogéntermelés közvetett bizonyítékaként citoplazmájában metanogén baktériumok élnek, amelyek a naszcens hidrogént azonnal metánképzésre fordítják.) Genomszekvenciája igen tanulságos: az elektrontranszportlánc I. és II. komplexeit kódolja, a többit nem. Más tekintetben viszont a klasszikus mitokondrium genomjára hasonlít. Valószínű, hogy a Nyctotherus mitokondriuma egy aerob csillós klasszikus mitokondriumából jöhetett létre.

Általánosságban példával szolgál arra, hogy a klasszikus mitokondrium egy másfajta mitokondrium-típussá alakult át.

Az endozoikus Blastocystis (Stramenopila) szintén hipoxikus, ill. anoxikus helyeken él, mitokondriuma (és annak működése) vegyesen mutat hidrogenoszómára és mitokondriumra utaló jegyeket: mitokondriuma krisztás, van saját genomja, ebben megtalálták a piruvát-ferredoxin oxidoreduktáz génjét, ugyanakkor enzimaktivitást nem sikerült kimutatni. Hasonlóképpen, tartalmazza a [Fe-Fe]-hidrogenáz génjét, sőt, a fehérjét lokalizálták is a sejtszervecskén belül, de hidrogenáz aktivitást nem mutat. Van viszont működő piruvát-NADP+ oxidoreduktáza, ez katalizálja a piruvátból származó acetil csoport koenzim A-hoz kapcsolását. Az organellumban az energiakonzerválás az acetát acetil-koenzim A–ról való lehasításakor történik (szubsztrátszintű foszforiláció). Az energianyerés folyamatát a citoplazmában tejsavas erjedés egészíti ki. (de Graaf és mtsai 2011, Müller és mtsai 2012)

2.1.10.3. A mitoszóma

A mitoszóma a legkésőbb felfedezett mitokondrium-származék. Párhuzamosan két kutatócsoport is kimutatta az Entamoeba histolytica tanulmányozása során, az egyik cryptonnak, a másik mitoszómának keresztelte el. A felfedezést végül Tovar és munkacsoportja nevéhez kötötték (Tovar 1999). A mitoszóma kettős membránnal határolt organellum, kizárólag mikroaerofil vagy anaerob élőlényekben van jelen. Kisebb, mint a hidrogenoszóma, ezért kezdetben az elektronmikroszkópos vizsgálatoknál sem volt különösebben feltűnő (a crypton elnevezés ezt tükrözte volna). Nem tartalmaz DNS-t, fehérjéit a citoplazmából importálja. Nem termel se ATP-t, se hidrogént, tehát feladata nem kötődik közvetlenül a sejt energiaszerző folyamataihoz. A mitoszómák funkciójáról még ma is csak feltételezések vannak, mely szerint a vas-kén klaszterek érési folyamata zajlik bennük. A vas-kén klaszterek különböző enzimek prosztetikus csoportjának a kialakításához kellenek, ill. a Hsp70 mitokondriális típusú dajkafehérje számára (Goldberg és mtsai 2008). A Giardia mitoszómájának proteomikai vizsgálata során kimutatták a vas-kén klaszter összerakásához szükséges valamennyi prekurzort: enzimeket, scaffold-proteineket, valamint magát a [2Fe2S] ferredoxint és azokat a dajkafehérjéket, amelyek az alkotóelemek végső összeállításában vesznek részt (Müller és mtsai 2012).

2.20. ábra. Mitoszómák, Giardia-ból sejtfrakcionálással izolált homogén méretű organellumok (Nyilak!) (forrás: Jedelsky és mtsai 2011)

2.20. ábra. Mitoszómák, Giardia-ból sejtfrakcionálással izolált homogén méretű organellumok (Nyilak!) (forrás: Jedelsky és mtsai 2011)

Mitoszómákat mutattak ki minden olyan fermentáló egysejtűben, ahol se mitokondrium, se hidrogenoszóma nincsen: így a Pelobiontida csoport amőbáiban és az Entamoebida amőbákban (Amoebozoa) és a Giardia-ban (Excavata). A protisztákon kívül a Microsporidia (Fungi) csoportban vannak mitoszómák.

2.1.11. A plasztiszok

A kloroplasztisz

A kloroplasztisz szemiautonóm organellum, ami azt jelenti, hogy önállóan irányítja az osztódását a saját genomja maradványával. Az ősi cianobaktérium génkészletéből kevesebb, mint 10% maradt meg a sejtszervecskén belül, a többi átkerült a sejtmagba. Az elsődleges szimbiogenezis útján szerzett plasztisznak kettős membránja van, amely azonos a Gram-negatív, ősi cianobaktérium kettős membránjával. A belső membrán nagyfelületű betűrődésiből pénzérmeszerűen vagy hagymahéj-alakban egymásra rakódó membránzsákok alakulnak ki, a tilakoid membránok. A zöldmoszatoknál a pénzérme-oszlopokra emlékeztető tilakoid membránzsákokat gránumnak nevezik. A tilakoid membránok felületén helyezkednek el a fotoszintézis elektrontranszportláncának enzimkomplexei. A tilakoid membránok közötti belső tér a sztróma, ahol folyékony közegben zajlanak az enzimreakciók.

2.21. ábra. A Chlamydomonas zöldalga kloroplasztisza a) a TEM felvétel inzertjén jól elkülönülnek a tilakoid membránok (forrás: Dartmouth Electron Microscope Facility, Chlamydomonas#80503, #80505) b) a sematikus ábrán látható, hogy az egyetlen hatalmas kloroplasztisz majdnem az egész sejtet kitölti

2.21. ábra. A Chlamydomonas zöldalga kloroplasztisza a) a TEM felvétel inzertjén jól elkülönülnek a tilakoid membránok (forrás: Dartmouth Electron Microscope Facility, Chlamydomonas#80503, #80505) b) a sematikus ábrán látható, hogy az egyetlen hatalmas kloroplasztisz majdnem az egész sejtet kitölti

Az eukarióta sejt kialakulásánál esett szó a plasztisz eredetének korai vizsgálati eredményeiről (Mereschkowsky 1905). A plasztisz a mitokondrium kialakulását követően egy ősi fagotróf eukarióta sejtben alakult ki egy cianobaktérium elsődleges szimbiogenezise során. Az így kialakult első, plasztisszal rendelkező fototróf eukarióta törzsfejlődése során három különböző fototróf ág alakult ki, a kékeszöld algák (Glaucophyta / Glaucocystophyta), a zöldmoszatok (Chlorophyta) és a vörösmoszatok (Rodophyta). A Paulinella chromatophora házas amőba kivételével minden további fototróf élőlény másodlagos vagy további szimbiogenezis révén jutott fotoszintézis lehetőségét biztosító organellumhoz.

A vörösmoszat szimbiogenezise többször megtörtént az evolúció során. A recens szabadonélő vörösmoszatok morfológiai, ökológiai és genetikai vizsgálata rámutat arra, hogy a csoportban a parazitizmushoz vezető lépések a szabadonélőknél is számtalan formában tettenérhetők. A parazitizmus a vörösmoszatok csoportján belül legalább 100 független alkalommal megjelent. A parazita fajokban fotoszintézisre alkalmatlan, ú.n. proplasztiszok találhatók. Az Alveolata Apicomplexa csoportjában a vörösmoszat szimbionta plasztisza szintén megmarad, ez az apikoplasztisz (Blouin és Lane 2012).

A kloroplasztiszok típusa az egyes algacsoportoknál eltérő. Például a Cryptomonadea-nál és a dinoflagellátáknál egyedi, járulékos elemek egészítik ki a fotoszintézis antenna fehérjekomplexeit, például a fikobiliproteinek (fikobiliszómát alkotva, Cryptomonadea mellett a primer endoszimbiózist mutató Glaucophyta és Rhodophyta csoportokban is megvannak), vagy peridinin, amely a klorofill A-val képez komplexet (Dinoflagellata).

A kloroplasztisz gyakran az endoplazmatikus retikulumban található, a maghártya közelében (Cryptomonadea, Chrysomonadea).

Az apikoplasztisz

Az apikoplasztisz másodlagos szimbiogenezis eredményeként kialakult szimbionta, a határoló membránok számáról még nincs egyetértés, a többség szerint négy membrán veszi körül, néhányan úgy gondolják, hogy csak három. A legkülső a gazda fagoszóma-membránjával analóg, alatta az eukarióta alga membránja található, majd az ősi cianobaktérium kettős membránja. A másodlagos szimbionta alga vörösmoszat lehetett, ez részben genetikai alapon, részben a Chromerida algák felfedezése révén is bizonyítást nyert. Utóbbiak az Apicomplexa legközelebbi rokonai, szabadonélő algák, vörösmoszat eredetű plasztisszal. A Chromera velia Chromerida alga korallokkal él együtt, átmenetet mutat a szabadonélő és a parazita életmód között. Az apikoplasztisznak saját genomja is van, amely egyértelművé teszi, hogy vörösmoszat eredetű. Az is kiderült, hogy a Chromerida plasztisza és az apikoplasztisz közös őstől ered.

Az Apicomplexa ismertebb genuszai közül a következőkben van apikoplasztisz: Plasmodium, Toxoplasma, Babesia, Eimeria és a Theileria. A jelen ismeretek szerint hiányzik az apikoplasztisz a Gregarinea csoportban és a Cryptosporidium genuszban, valamint a Colpodellida csoportban; feltételezik, hogy redukálódott.

2.22. ábra. Apikoplasztisz a) Plasmodium falciparum skizont egy vörösvértestben (keretben: skizont) b) apikoplasztisz a skizont pereménél; a membránját kirajzoló fekete rögök az Atg8 autofágiával kapcsolatos fehérje immungold eljárással végzett jelölései (a forrás: Kitamura és mtsai 2012

2.22. ábra. Apikoplasztisz a) Plasmodium falciparum skizont egy vörösvértestben (keretben: skizont) b) apikoplasztisz a skizont pereménél; a membránját kirajzoló fekete rögök az Atg8 autofágiával kapcsolatos fehérje immungold eljárással végzett jelölései (a forrás: Kitamura és mtsai 2012)

Az apikoplasztisz gömbölyded alkú, a sejt egyetlen mitokondriuma közelében található. A Plasmodium fejlődésmenete során a vörösvértestben megnyúlik, elágazó alakot ölt, majd osztódik és két kisebb apikoplasztisz keletkezik, amelyek a sejtosztódáskor a leánysejtekbe kerülnek. Az ivarsejtek közül kizárólag a makrogametocitákban van jelen, ahol egyszerű gömbalakot vesz fel. Tehát a „női” ágon öröklődik.

Az apikoplasztisz genomja a legkisebb valamennyi fotoszintetizáló szervezet közül, cirkuláris kromoszómája mindössze 35 kb méretű. Ötvennél is kevesebb fehérjét kódol, a többi fehérje génje a sejtmagba vándorolt. Kimutatták, melyek az apikoplasztisz fehérjéi, ezek alapján sikerült felvázolni egyes prokarióta jellegű anyagcsereutakat. Egyelőre úgy tűnik, az apikoplasztisz létfontosságú a gazdasejt számára. Ha működését gátolják, a gazdasejt is elpusztul. Pedig az apikoplasztisz elvileg kiváló gyógyszerhatóanyag-célpont lenne a parazita ellen, ami új távlatokat jelenthet a malária vagy a toxoplazmózis elleni küzdelemben.

Az apikoplasztisz működését, funkcióját a Plasmodium fajokban vizsgálták legtöbbet. Egyik feladata közreműködés a zsírsav-szintézisben. Az eukarióták többségétől eltérően az Apicomplexa-ban az ú.n. II-típusú zsírsavszintézis is jellemző, amely az apikoplasztiszban történik. Enzimrendszere az apikoplasztisz belsejében található és eltér az eukariótákban citoszolban jellemzőtől. A Plasmodium fejlődésmenete során a májparenchimában fejlődő késői alakoknál zajlik az apikoplasztiszban a folyamat, a többi stádiumban a génkiütéses kísérletek szerint ez az anyagcsereút nélkülözhető. Részt vesz az izoprénszármazékok anyagcseréjében, így prekurzorokat állít elő a gazda mitokondriumában a koenzim Q és a sejtfelszíni fehérjék GPI-horgony része számára. Különböző prosztetikus csoportok előállítására képes: vas-kén klaszterek kialakításához szükséges enzimeket kódol és a magban kódolt vas-kén klasztert tartalmazó fehérjéket importál apoproteinként. Egyelőre nem tudni, hogy mire jó ez a mechanizmus, hiszen a gazda szükségleteit a mitokondrium de novo szintézissel fedezi. Hem-szintézis is történik, mégpedig a Plasmodium fajokban igen egyéni módon a gazda és az apikoplasztisz hem-szintézis anyagcsereutainak ötvözésével. A hem-szintézis létfontosságú a parazita számára, ugyanakkor az apikoplasztiszban is megvan a teljes reakcióút. Az endoszimbiózis létrejötte után a redundáns részek egyik, ill. másik partnerből eltűntek.

Az apikoplasztisz szénforgalma még nem teljesen tisztázott. Energiát az importált PEP (foszfoenol-piruvát) piruváttá alakítása során nyer, amelyet a plasztisz-piruvát kináz katalizál. A redukáló ágenseket növényi típusú ferredoxin-NADP+ reduktáz – ferredoxin redox-rendszer biztosítja (Lim és McFadden 2010).

Kleptoplasztiszok

Kleptoplasztisznak az olyan kloroplasztiszt nevezik, amely predáció útján kerül a gazdasejtbe és bizonyos időn keresztül működőképes marad, fotoszintetizál. A kleptoplasztisz-készletet a gazdasejt időről időre megújítja. A kleptoplasztiszok használata igen elterjedt a protiszták körében, különösen a Foraminifera és Dinoflagellata csoportokban. A Ciliophora körében egy jól ismert példa akad, a Myrionecta rubra (Mesodinium rubrum), amely főként a Teleaulax és Geminigera Cryptomonadea algák plasztiszait használja. A Myrionecta genusznak tengeri és édesvízi fajai lehetnek heterotrófok vagy fototrófok: a tengeri Myrionecta rubra mindig tartalmaz Cryptomonadea eredetű plasztiszokat, ezek adják névadó vörös színét. A Cryptomonadea plasztiszok az algák mitokondriumaival együtt egy komplexet képeznek. Egy-két Cryptomonadea sejtmag is fennmarad a csillós citoplazmájában, távolabb a plasztisz-mitokondrium komplexektől (Moestrup és mtsai 2012).

A Dinoflagellata csoport feltételezések szerint elsődlegesen autotróf. A ma heterotróf fajok elvesztették a másodlagos szimbiogenezissel szerzett plasztiszukat. Náluk fakultatív módon fordulnak elő kleptoplasztiszok. A Gymnodinium acidotum és az Amphidinium wigrense különböző mértékben tartják meg a zsákmány sejtalkotóit. Mindkét dinoflagelláta Cryptomonadea prédából szerezi plasztiszát, de míg az előbbi a mitokondriumokat, a nukleomorfát és esetenként a sejtmagot is megtartja, addig az utóbbinál mindig csak a három membránnal határolt plasztisz marad meg, semmi egyéb.

Ha elegendő a zsákmányszervezetek száma, a Dinophysis acuminata a szénszükségletének 10-30%-át fedezi a kleptoplasztiszok révén. Ha kevesebb az elérhető préda, akkor ez az érték 45-100%-ra nő. A kleptoplasztiszok tartózkodási ideje a gazdafajtól és környezeti tényezőktől is függ. Néhány összehasonlító adat a 3. Táblázatban olvasható.

3. Táblázat. A kleptoplasztiszok tartózkodási ideje a különböző dinoflagellátákban. (Kim és Archibald 2010 nyomán)

Dinoflagelláta gazda

Kleptoplasztisz eredete

Tartózkodási idő a gazdában

Dinophysis caudata

Teleaulax sp. (Cryptomonadea)

körülbelül 60 nap

Dinophysis fortii

Teleaulax sp. (Cryptomonadea)

legalább 40 nap

Gymnodinium acidotum

Chroomonas sp. (Cryptomonadea)

legalább 10 nap

Gymnodinium gracilentum

Rhodomonas sp. (Cryptomonadea)

1-2 nap

Pfiesteria piscicida

Rhodomonas sp. (Cryptomonadea)

legalább 9 nap

A Dinophysis fajok bizonyos sejtvonalai nem közvetlenül a Cryptomonadea zsákmányból szerezik a kleptoplasztiszokat, hanem közvetett módon, a plasztiszt hordozó Myrionecta csillósok elfogyasztásával. A kleptoplasztiszokat a Dinophysis fajokban kettős membrán veszi körül és nem maradnak meg más Cryptomonadea sejtalkotók. Ennek ellenére a Dinophysis fajokban 1–2 hónapig is működnek a kleptoplasztiszok. A gazda genomja ugyanakkor csak 5 kloroplasztiszba való fehérje génjét kódolja, jóval kevesebbet, mint a saját kloroplasztiszt tartalmazó dinoflagelláták. Az öt gén közül ráadásul csak egy Cryptomonadea eredetű, a többi más algákból való, feltételezhetően horizontális úton került a genomba. Tehát a Dinophysis kleptoplasztisza működtetéséhez szükséges génkészlete nem teszi lehetővé a kleptoplasztisz tartós használatát, ez magyarázatot ad arra is, miért tartja fenn az intenzív heterotróf táplálkozást: egyrészt a hiányzó szén-szükségletet fedezi, másrészt a kleptoplasztiszokat pótolja. (Kim és Archibald 2010).

2.1.12. A lüktető űröcske-komplex

A lüktető űröcske-komplex (kontraktilis vakuola-komplex, KVK) egysejtűekre jellemző speciális organellum, más élőlényekben nem fordul elő, kivételt csupán néhány édesvízi szivacs képez. A lüktető űröcske-komplexből sok egysejtűben egyetlen, jól látható hólyagot figyelhetünk meg a mikroszkóppal, amelynek mérete szemlátomást növekszik, majd hirtelen összeomlik és eltűnik. Kis idő múlva nagyjából ugyanott ismét növekedésnek indul. Amőbákban, a legkülönfélébb ostorosokban, csillósokban és több endozoikus parazitában is jelen lehet a KVK. A zöldalgáknál a Prasinophyceae és Volvocales csoportokban található.

A csupasz amőbákban egyszerű, magányos hólyag (vakuola). Lehet azonban a hólyagok száma akár tíz és húsz körüli, például a nagyobb lebenyes állábú házas amőbákban. Az amőbákban a vakuola helye nem állandó, de általában jellemző térrészben foglal helyet. Például a csupasz amőbákban a sejt uroidális vége közelében van, a fonalas állábú házas amőbáknál pedig a citoplazma középső harmadában, az emésztőűröcskék zónájának a szélén figyelhető meg. A különféle ostoros egysejtűeknél általában egy lüktető űröcske van. A csillósoknál változatos kialakulású lehet ez az organellum: a legegyszerűbb magányos hólyagtól (Tetrahymena) az egyetlen hosszú csatornával ellátott vakuolán át (Spirostomum) a két vakuolás rendszeren keresztül (Paramecium) a hólyagok sorozatáig (Homalozoon). A csillósokban a lüktető űröcske-komplex helye állandó. Ezeket, a mikroszkóppal pulzálni látszó vakuolákat, központi vakuolának nevezzük. A hólyag telítődés folyamata a diasztolé, ürülése a szisztolé.

2.23. ábra. Lüktető űröcskék egysejtűekben. a) csupasz amőba egyetlen központi hólyaggal b) házas amőba számos apró hólyaggal c) galléros-ostoros egy apró hólyaggal d) csillós (Tetrahymena sp.) egy központi hólyaggal e) csillós (Homalozoon vermiculare) számos apró hólyaggal f) Paramecium aurelia két, ellentétes fázisban működő lüktető űröcske-komplexszel g) Paramecium aurelia lüktető űröcske-komplex működése VIDEÓ

2.23. ábra. Lüktető űröcskék egysejtűekben. a) csupasz amőba egyetlen központi hólyaggal b) házas amőba számos apró hólyaggal c) galléros-ostoros egy apró hólyaggal d) csillós (Tetrahymena sp.) egy központi hólyaggal e) csillós (Homalozoon vermiculare) számos apró hólyaggal f) Paramecium aurelia két, ellentétes fázisban működő lüktető űröcske-komplexszel g) Paramecium aurelia lüktető űröcske-komplex működése - kép feletti videó

A víz útja a citoplazmából a külvilágig a következő: a citoplazmából egy spongioma nevű citoplazma térrészbe kerül a víz, amely parányi, szubmikroszkópos méretű membránnal határolt hólyagocskák tömege. Az egyszerűbb lüktetőűröcske rendszereknél, például az amőbákban kizárólag ilyen felépítésű a spongioma. A parányi hólyagok egy része burkolt (klatrinszerű burok), egy másik része sima felszínű. Utóbbiak a majd kialakuló központi vakuolába olvadnak bele, annak membránfelületét növelik. A burkolt hólyagok feladata a víz felvétele a citoplazmából. A spongioma feladata tehát az, hogy a citoplazmából vizet juttasson az itt található membránvakuolákba.

A csillósokra másféle spongioma jellemző. A parányi hólyagokon kívül zömmel csőalakú, tubuláris membránképletek vesznek részt a kialakításában. A spongioma csövei állandó képletek, nem „szűnnek meg” időlegesen a központi hólyag ürülésekor. Vagy közvetve vagy közvetlenül kapcsolódnak a központi hólyaghoz. A papucsállatkában (Paramecium) a központi vakuola körül sugárirányban elhelyezkedő gyűjtőcsatornákat állandóan és szorosan körülveszi a 40–60 nm átmérőjű csövecskék hálózatából álló spongioma.

A szisztolé során a központi hólyag a sejthártyához kapcsolódva üríti tartalmát a külvilágba. Régebbi elképzelés szerint ekkor a spongioma elválik a gyűjtőcsatornáktól, megakadályozva, hogy a víz a citoplazma irányában távozzon. Ez a nézet tévesnek bizonyult, ma már tudjuk, hogy a spongioma és a gyűjtőcsatornák kapcsolata állandó, a spongioma csövei pedig olyan vékonyak, hogy a szisztolé során fellépő nyomás nem tud számottevő mennyiségű vizet visszapréselni. Fontos, hogy magának a spongiomának a hidrosztatikai nyomása ellensúlyozza a másodperc törtrésze alatt bekövetkező szisztolé során fellépő nyomást.

A Paramecium lüktető űröcske-komplexe meglehetősen ritka előfordulású, összetett organellum, ugyanakkor a papucsállatka közismertsége miatt minden iskolás tankönyvben szerepel. Pedig ennél bonyolultabb felépítésű rendszer nincs is az egysejtűek körében! Itt az eddig megnevezett struktúrák mellett egy további található még a gyűjtőcsatornák és a központi vakuola között: ezek az ampullák, amik a gyűjtőcsatornák végénél alakulnak ki. Az ampullákat a gyűjtőcsatornából származó víz növeszti meg, majd a maximális méretüket elérve tartalmukat a központi vakuolába ürítik. A szisztolé során ezek tényleg elválnak a központi hólyagtól, majd utána ismét hozzákapcsolódnak. A spongioma citoplazma felőli szélén elektronmikroszkóppal kisméretű, merevnek tűnő, párhuzamosan elhelyezkedő membránnal határolt csövek aggregátrumai láthatók, külső felületük burkoltnak tűnik, spirál alakban elhelyezkedő gomba alakú képletekkel, amelyek nem mások, mint ú.n. vakuoláris protonpumpák (vakuláris proton-ATPáz, V-ATP-áz). Ezek a membrántubulusok juttatják be a spongioma csövecskéibe a vizet a citoplazmából, az alábbi – valamennyi részletében még nem ismert – mechanizmussal. A központi vakuola ozmotikusan hipertonikus a citoplazmához képest. A spongioma csövecskéi protonpumpák segítségével protonokat juttatnak a tubulusok belsejébe, amiket folyamatosan kationokra cserélnek. A kationok megemelkedett koncentrációja miatt ozmózisnyomás-különbség alakul ki a lüktető űröcske-komplex és a citoplazma között, amelyet a citoplazmából a rendszerbe beáramló víz egyenlít ki.

A csillósokban és más olyan egysejtűekben, ahol a lüktető űröcske helye állandó, egy mikrotubulusokból álló sejtvázrész biztosítja az organellum helyét, amely végigfut a gyűjtőcsatornák, ampullák és a központi hólyag mentén, egészen a kivezető nyílásig.

A szisztolé során amőbákban a központi vakuola a sejthártya szinte bármely pontjával fúzionálhat, kivéve a kinyújtózó állábakat. Rendszerint leginkább az uroidhoz közeli területen ürül, a folyamat tulajdonképpen exocitózis. Számos ostorosnál és a csillós egysejtűekben mindig ugyanott, a membrán egy meghatározott pontján keresztül történik a membrán és a központi vakuola fúziója, azért, mert a bonyolult membránstruktúrák (mint a csillósok alveolusai) nem teszik lehetővé a membránok bármely ponton történő összekapcsolódását. Ez az exkréciós pórus. A folyadék kiürítésekor a központi vakuola membránpotenciálja hirtelen erősen csökken, mivel a vakuláris protonpumpát tartalmazó membránrészletek még a pórus nyílását megelőzően kiválnak a központi vakuolából.

Van olyan egysejtű, például a Chlamydomonas, amiben egy állandóan létező membráncsatornán át ürül a vakuola tartalma, nem szükséges a két membrán fúziója. A Trypanosomatidák között a Trypanosoma cruzi kontraktilis vakuolájának egy kis része fúzionál csak az ostor melletti, zsebszerű mélyedés membránjával, a folyadék onnan ürül ki a környezetbe.

Neve ellenére a kontraktilis vakuola-komplex valójában nem mutat összehúzódást, a vizet maga a folyadék növekedő volumenéből adódó nyomásfokzódás préseli ki a megnyíló központi vacuolából. Izolált lüktető űröcske komplex vizsgálatánál bizonyossá vált, hogy kontraktilis elemek nem működnek közre a szisztolé folyamatában. A komplexet rögzítő mikrotubulus szalagok jelenlétében a spongioma csövecskéinek intenzív fejlődése figyelhető meg. Ez az energiaigényes folyamat a központi hólyag relatív felületét csökkenti, ellenben a benne uralkodó nyomást növeli. A nyomásnövekedés elősegíti, hogy a szisztolénál a központi hólyag a sejthártyához kapcsolódjon. A nyomásnövekedés üteme azt határozza meg, hogy milyen időközönként ürül ki a központi vakuola, mekkora lesz az exkréciós pórus és mikor válik le az ampullákról.

A lüktető-űröcske komplex a közkeletű hiedelemmel ellentétben nem csak szabadonélő, sejtfal nélküli, édesvízi egysejtűekben fordul elő. Számos tengeri csillós egysejtűnél jól látható, kimutatták brakkvízi amőbáknál is. Az endozoikus paraziták egy részénél is megfigyelhető, például a Leishmania donovani-ban vagy a Trypanosoma cruzi-ban, amelyben behatóan tanulmányozták is.

A puzulák a dinoflagelláták ostorai tövében elhelyezkedő képletek, amelyek feltételezések szerint hasonló feladatot töltenek be, mint a lüktetőűröcske-komplex, de más a felépítésük (Hausmann és mtsai 2003). A Prorocentrum concavum elektronmikroszkópos vizsgálata alapján arra következtetnek, hogy ennél a fajnál nyálka vagy valamilyen más formált anyag távozik a sejtből (Mohammad-Noor és mtsai 2007). A puzula a sejthártya nyitott, csőszerű betűrődése, amely a sejt belseje felé vékonyabb, oldalágakkal borított gyűjtőcsövekre oszlik. A gyűjtőcsatornákat parányi hólyagok sűrű tömege veszi körül. A képlet ultrastruktúrája a különböző dinoflagellátáknál kisebb-nagyobb eltéréseket mutat.

2.1.13. Az acidokalciszóma

Az acidokalciszóma 0,2–0,5 µm méretű, pro- és eukariótákban egyaránt előforduló organellum, az emlősök lizoszóma-szerű sejtszervecskéinek a csoportjába (lysosome-related organelles: LRO) tartozik. A citoplazmában általában random módon elhelyezkedő szemcsék formájában van jelen. Fénymikroszkópos vizsgálat során például acridine orange és DAPI festik. A protisztáknál először a Coccidiomorpha és a Trypanosomatida parazitáinak körében fedezték fel és hosszú időn át erre a két csoportra jellemző speciális organellumnak tekintették. A kezdetben volutinszemcséknek nevezett képleteket egyszerűen raktározott tápanyag szemcséknek gondolták.

Az acidokalciszóma egységmembránnal határolt savas természetű elektrondenz organellum, amely sok polifoszfátot, pirofoszfátot és kationokat (magnézium, nátrium, kálium, cink és vas), de mindenek előtt kalciumot raktároz. A belsejében a polifoszfát anyagcsere enzimrendszere található, a membránjában a membrántranszportot lehetővé tevő különféle ionpumpák: Ca2+-ATP-áz, vakuoláris proton-ATPáz (V-H+-ATPáz), vakuoláris proton pirofoszfatáz (V-H+-PPáz), valamint Na+/H+, és Ca2+/H+ antiporterek, továbbá legalább egyféle akvaporin csatorna.

A feladata kationok és foszfát raktározása. Ezzel összefüggésben kiemelkedő szerepet játszik az ozmoregulációban, számos protisztánál a lüktető űröcske-komplexszel együttműködésben. A kalcium-raktározás jelentősége a Ca2+ -mal kapcsolatos jelátviteli utaknál fontos, amelyek meghatározóak például a Trypanosomatida fajok inváziója és virulenciája szempontjából.

Az acidokalciszóma evolúciója során a kation és foszfátraktározás lehetett az első funkció, amely az evolúció során kibővült az ozmoreguláció és az intracelluláris pH szabályozásával.

A foszforlimitáció miatt az ősi foszfátraktározási szerep kezdettől fogva létfontosságú volt a tengeri fitoplankton számára. A tengeri algák nagy része a foszfor tíz százalékát polifoszfát formájában raktározza, ezt a készletet tudják gyorsan mobilizálni, ha a közeg foszforhiányos lesz. A foszfort pirofoszfátként, valamint rövid- (50 foszfát egységnél kevesebb) és hosszúláncú, 50-800 foszfát egységből álló polifoszfát láncokban raktározzák. A negatív töltésfeleslegű polifoszfát protonokat, továbbá aminosavakat és nehézfémionokat köt meg, és így az acidokalciszóma jelentős szerepet tölt be a sejt pH szabályozásában (ez utóbbi szerepe kizárólag eukariótákban van). A polifoszfát-raktározás más protisztákban is fontos, nem csak az autotrófokban. Az acidokalciszóma sztrómájában kevés oldott enzim is található, például exopolifoszfatáz (Trypanosoma major és Trypanosoma cruzi), szervetlen pirofoszfatáz (Trypanosoma. brucei) és metakaszpáz (Leishmania donovani).

Az acidokalciszómák számos egysejtűben a lüktető űröcske közelében helyezkednek el. Gyakran mindkét organellumnál megfigyelhető a polifoszfát jelenléte és a membránban a fentebb említett transzporterek. A Dictyostelium szociális amőbánál ozmotikus sokk hatására az organellumok még közelebb kerülnek a lüktető űröcske komplexhez. A hipozmotikus stressz hatására megindul a polifoszfát hidrolízise, amelynek hatására a lüktető űröcske központi vakuolájának vízfelvétele növekszik, térfogatváltozással ellensúlyozva a vízbeáramlást. A Trypanosoma cruzi epimasztigótáinál hipo- vagy hiperozmotikus stressz hatására az acidokalciszóma polifoszfát molekuláinak gyors hidrolízise vagy szintézise figyelhető meg. Ez bizonyítja az acidokalciszómának az ozmoregulációban való közvetlen részvételét. A Leishmania major promasztigótáinál hipozmotikus közegben megváltozik az acidokalciszóma nátrium- és klorid-ionkoncentrációja. A Trypanosoma cruzi parazitánál a TcAQP1 akvaporin mind a lüktető űröcske központi vakuolájáában, mind pedig az acidokalciszóma membránjában jelen van. Ha a külső közeg hipozmotikus lesz, megemelkedik a cAMP-szint, ami a TcAQP1-nek az acidokalciszóma membránjából a lüktetőűröcske membránjába való áthelyeződését serkenti. Ahogy az akvaporin mennyisége nő a lüktető űröcskében, egyre hatékonyabbá válik a víz kijuttatása a sejtből, elősegítve a sejtalak megtartását.

2.24. ábra. A Trypanosoma cruzi sejttérfogatának csökkentése hipozmotikus sokk során. A beáramló víztől a sejt térfogata növekedni kezd; ennek hatására az egysejtűben a következő kaszkádfolyamat indul: az intracelluláris cAMP-szint megnő, ez aktiválja a proteinkináz A-t, ez közvetve aminosav kibocsájtást idéz elő (csökkentve a sejthártya mentén az ozmotikus gradienst) és kiváltja az akvaporint tartalmazó acidokalciszómák fúzióját a lüktető űröcske központi vakuolájával. Az acidokalciszómákban megnő az ammónia koncentráció, hatására az egyik exopolifoszfatáz foszfátot hasít le a polifoszfát molekulákról. Az ortofoszfát mellett szabaddá váló bázikus aminosavak és Ca2+ ionok növelik a sejten belüli ozmotikus gradienst és így a víz a citoplazmából az acidokalciszómán át a lüktető űröcske központi vakuolája irányába tart, ahonnan a flagelláris zsebbe ürül. CV – a lüktető űröcske központi vakuolája, A – acidokalciszóma, kék hasáb – akvaporin (Rohloff és Docampo 2008 után)

2.24. ábra. A Trypanosoma cruzi sejttérfogatának csökkentése hipozmotikus sokk során. A beáramló víztől a sejt térfogata növekedni kezd; ennek hatására az egysejtűben a következő kaszkádfolyamat indul: az intracelluláris cAMP-szint megnő, ez aktiválja a proteinkináz A-t, ez közvetve aminosav kibocsájtást idéz elő (csökkentve a sejthártya mentén az ozmotikus gradienst) és kiváltja az akvaporint tartalmazó acidokalciszómák fúzióját a lüktető űröcske központi vakuolájával. Az acidokalciszómákban megnő az ammónia koncentráció, hatására az egyik exopolifoszfatáz foszfátot hasít le a polifoszfát molekulákról. Az ortofoszfát mellett szabaddá váló bázikus aminosavak és Ca2+ ionok növelik a sejten belüli ozmotikus gradienst és így a víz a citoplazmából az acidokalciszómán át a lüktető űröcske központi vakuolája irányába tart, ahonnan a flagelláris zsebbe ürül.

CV – a lüktető űröcske központi vakuolája, A – acidokalciszóma, kék hasáb – akvaporin (Rohloff és Docampo 2008 után)

A Trypanosoma brucei parazitában az acidokalciszóma főleg rövidláncú polifoszfátokat (átlag 3,3 P), valamint pirofoszfátot tartalmaz és jóval kevesebb hosszabb láncú polifoszfát molekulát. A rövidláncú polifoszfát (polyP3) és a pirofoszfát hidrolízisét a vakuoláris oldott pirofoszfatáz (TbVSP1) enzim katalizálja, a keletkező termék foszfát (Pi). A polifoszfát – polyP3 átalakulást egy másik enzim végzi (endopolifoszfatáz). Alkalikus pH-n mindkét enzim közvetlenül is képes polifoszfátból Pi lehasítására is. RNS interferencia alkalmazásával megakadályozva az acidokalciszómában a TbVSP1 expresszióját, a polifoszfát szint rövid idő alatt kb. a felére csökkent és ezáltal az egysejtű védtelen maradt a hipozmotikus sokkal szemben. Így kísérletesen igazolódott a TbVSP1 enzim szerepe a foszfát-hidrolízisben, u.i. hiányában csak a hosszúláncú polifoszfát hidrolízise folytatódott. Az is beigazolódott, hogy a hipozmotikus sokk kivédésénél a TbVSP1 nélkülözhetetlen, nélküle az egysejtű elpusztul. Ezért a Trypanosomatida patogének elleni küzdelemben a polifoszfát anyagcsere enzimei fontos gyógyszerhatóanyag célpontok (Lemercier és mtsai 2004, Docampo és mtsai 2010, Docampo és Moreno 2011).

2.1.14. Az extruszómák

Az extruszómák membránnal határolt testek, amelyek a sejthártya alatt helyezkednek el általában többedmagukkal. Meghatározott ingerre, amely lehet fizikai vagy kémiai, tartalmuk exocitózissal kiürül a sejtből, miközben jellegzetes változáson megy át. Funkciójuk és hatásmechanizmusuk fajtánként eltérő. Közel húszféle extruszóma ismert. Egy részük zsákmányszerzéskor fegyverként szolgál, másokat az éppen támadó predátor elrisztására vetnek be de ismeretesek a betokozódást elősegítő extruszómák is. A legfontosabb extruszómákat a 4. Táblázat mutatja be.

4. Táblázat. A fontosabb extruszóma-típusok, előfordulásuk és jellemzőik

Extruszóma

Előfordulás

A tárolt anyag természete

Működése

ejektiszóma

Cryptomonadea

polipeptid

(új fehérjecslád, az ejectisinek,

6kDa körüli fehérjék)

gyorsan kitekeredő szalag alakú képlet, amely oldalt bepöndörödve csövet formál;

védekezési reakció?

trichociszta

Paramecium tetraurelia

(és más Ciliophora)

polipeptid

(tmp – trichociszta mátrix protein)

hosszú fejérjefonalak nagyon gyors (msec) kinyújtózása, 3D-s hálózat kialakítása a sejt körül;

védekezés predátorral szemben

mukociszta

Tetrahymena thermophila

(Ciliophora)

polipeptid

(Grl –

granule lattice proteins)

(feltételezhetően szénhidrátot is tartalmaz)

exocitózissal történő szekréció során 3D-s fehérjerost-hálózat kialakulása, másodpercekig tartó folyamat;

védekezés? cisztaképzés?

kinetociszta

Actinophryda, Centrohelida,

Desmothoracida („napállatkák”)

polipeptid

mint mukocisztánál

zsákmányszerzés

toxiciszta

Didinium

Dileptus

Lacrymaria

Litonotus

Homalozoon

(Ciliophora)

polipeptid

a nyugalmi állapotban tokba zárt cső hirtelen everzióval kifordul és teleszkópszerűen megnyúlik, méreganyagot bocsájt ki;

zsákmányszerzés

haptociszta

Suctoria

(Ciliophora)

polipeptid

gyors exocitózissal feltételezhetően méreganyag ürül;

zsákmányszerzés

kortikális granulumok:

egyes Heterotrichea

lipidszármazékok

gyors exocitózissal mérgező hatású folyadék ürül;

(a színesek pigmentociszták)

(Ciliophora)

  

1. blepharismin[a]

Blepharisma

hypericin-származék, eddig ötféle ismert

Kémiai védekezés predátor ellen

Antibakteriális hatás

Fotorecepció;

2. stentorin

Stentor coeruleus

hypericin-származék

>Kémiai védekezés predátor ellen;

Fotorecepció;

3. spirostomin

Spirostomum

monoprenyl-hidrokinon

Kémiai védekezés predátor ellen

4. climacostol

Climacostomum

rezorcin-származék

Kémiai védekezés predátor ellen

Zsákmányszervezet megbénítása

[a] blepharismin: nem összetévesztendő a Blepharisma fajokban előforduló blepharismone nevű gamonnal!

A legismertebb extruszóma a trichociszta („tüsketok”) amely a csillósok Peniculina csoportjában, a dinoflagellátákban és a papucsállatkáknál (Paramecium fajok) a cortex alatt helyezkedik el a palack alakú képlet vastagabb része (ebben van az ingerre kilökődő töltet), az elvékonyodó rész pedig a membránalveolusok között a sejthártya alatt ér véget (ez a membránrész pattan fel ingerre). Az egysejtű szinte teljes testfelülete mentén megtalálhatók, számuk ezres nagyságrendű. Kellemetlen ingerre a töltet vékony, egyenes, harántcsíkolt fonalak formájában exocitózissal a külvilágba ürül és a kilőtt trichociszták a csillóknál jóval hosszabb fonalak kusza tömegét hozzák létre az egysejtű körül. Természetes környezetben csak a szükséges mennyiségű tüsketokot lövi ki a csillós. Ha ellenőrzött kísérleti körülmények között az összes trichocisztáját kilövi, 5–8 óráig tart amíg a készletet újból létrehoza. Más csillósok zsákmányejtő viselkedése elleni védekezésben van szerepe (Hausmann és mtsai 2003). A papucsállatka mellett a rokon Frontonia fajokban is megtalálható.

2.25. ábra. Extruszómák a) A trichociszták erősen fénytörő rétege a csillós szegélyén (Frontonia sp.) b)-c) a szétnyomódó sejtben láthatóvá válik a trichociszták lándzsahegy formája d) a Paramecium fajok trichocisztája orsóalakú, elülső vége nyélszerűen elkeskenyedik TEM felvétel (d forrása: CIL:36667, Richard Allen (University of Hawaii))

2.25. ábra. Extruszómák a) A trichociszták erősen fénytörő rétege a csillós szegélyén (Frontonia sp.) b)-c) a szétnyomódó sejtben láthatóvá válik a trichociszták lándzsahegy formája d) a Paramecium fajok trichocisztája orsóalakú, elülső vége nyélszerűen elkeskenyedik TEM felvétel (d forrása: CIL:36667, Richard Allen (University of Hawaii))

A Cryptomonadea ostorosokban a trichocisztához hasonló ejektiszómák találhatók (egyes irodalmak trichocisztának is nevezik őket), valamennyi csoportban. A sejtgarat mentén nagyobb, a sejt hátsó felületén kisebb szemcsék formájában jelennek meg. Az ejektiszómák vizsgálatakor kiderült, hogy a csillósok trichocisztái és a Cryptomonadea algák ejektiszómái nem azonos molekuláris felépítésűek. A Cryptomonadea ejektiszómáját kódoló génhez a legközelebb nem a papucsállatka trichocisztáját kódoló gén áll, hanem az R-test génje a csillósok Caedibacter nevű intracelluláris szimbiontájában (Yamagishi és mtsai 2012).

A mukociszta nyálkaszerű anyagot tartalmaz, pontos feladata ismeretlen, feltételezik, hogy a cisztaképzésben van szerepe. Számos csillósnál van mukociszta, például a Tetrahymena-ban is, holott cisztaképzése nem ismert.

A haptociszta a szívókás csillósok (Suctoria) szívókarjai végén levő göbszerű megvastagodás tetején található extruszómaféle, működése hasonló a toxicisztáéhoz.

2.26. ábra. Extruszómák a) mukociszták szemölcsszerű dudorokban (Ciliophora, Loxophyllum sp.) b) a szívókarok gombostűfejre emlékeztető végén haptociszták találhatók (Ciliophora, Suctoria) c) Chilomonas paramecium (Cryptomonadea) ejektiszómája nyugalmi állapotban, félig, majd teljesen kinyújtózva

2.26. ábra. Extruszómák a) mukociszták szemölcsszerű dudorokban (Ciliophora, Loxophyllum sp.) b) a szívókarok gombostűfejre emlékeztető végén haptociszták találhatók (Ciliophora, Suctoria) c) Chilomonas paramecium (Cryptomonadea) ejektiszómája nyugalmi állapotban, félig, majd teljesen kinyújtózva

2.27. ábra. Extruszómák a) Ormányos csillós (Didinium nasutum) b)-c) ormányának keresztmetszeti képén háromféle extruszóma látható (TEM) (forrás: CIL:39251, CIL:17452, Gregory Antipa (San Francisco State University))

2.27. ábra. Extruszómák a) Ormányos csillós (Didinium nasutum) b)-c) ormányának keresztmetszeti képén háromféle extruszóma látható (TEM) (forrás: CIL:39251, CIL:17452, Gregory Antipa (San Francisco State University))

A toxiciszta általában olyan csillósoknál fordul elő, amelyek más egysejtűekkel táplálkoznak. A kiürülés során a toxiciszta tartalma egy csőalakú képletté alakul amely befúródik a préda sejthártyája alá, amely elpusztul vagy mozgásképtelenné válik. A csövön keresztül toxikus anyag kerül a prédába. A toxiciszták az egysejtű meghatározott részén, rendszerint az orális apparátus környezetében koncentrálódnak. A hattyúnyakú csillós (Lacrymaria olor) hosszú, kontraktilis nyakán elöl, egy kis gyűrűalakú vastagodásnál találhatók. Igen jellemzőek még a Didinium, Dileptus, Homalozoon és Litonotus genuszokban is. A pexiciszták a Didinium fajokban előforduló elektrondenz extruszómák, amelyek mindig a toxicisztákat megelőzően lépnek működésbe. Feltételezik, hogy a pexiciszták a megfelelő zsákmány felismerésében játszanak szerepet.

A kinetociszta a napállatkák (az egykori parafiletikus Heliozoa törzs) tengelylábain a sejthártya alatt található, működésében a toxicisztához hasonló extruszóma. A zsákmánnyal összekapcsolódva a tengelyláb sejthártyája mentén a sejttesthez szállítja a prédát, ahol a bekebelezés megtörténik. Újabban számos amöboid és ostoros Cercozoa egysejtűnél mutattak ki kinetociszta-jellegű extruszómákat.

A Heterotrichea osztályba tartozó nagyméretű csillósok némelyikénél a kortexben apró színes vagy színtelen granulumok találhatók, amelyek tartalmát éppen a fizikai kontaktus létesítése előtt lövellik ki a predátorra, rendszerint egy másik csillósra. Nincs külön elnevezésük, összefoglalóan kortikális granulumoknak nevezik őket. A kilőtt szemcsék finom “permetet” képeznek, amelynek erős méreganyagai azonnali hatást fejtenek ki: a predátor már kevés toxinnal érintkezve nyomban 180 fokos fordulatot vesz. A permet szerepe tehát az, hogy a támadó predátort elhárítása. A toxikus anyagok között vannak hypericin-származékok (ezek nagy, gyűrűs vegyületek), ilyen a kék kürtállatka (Stentor coeruleus) stentorin-nevű toxinja vagy a gyakran rózsaszín szemhéjállatkák (Blepharisma) blepharisminjei. A blepharismin antibiotikus hatásúnak bizonyult a Staphylococcus aureus baktériummal szemben. A blepharismin és a stentorin fényérzékeny molekulák, megvilágítással kapcsolatos ingereket közvetítenek. A blepharismin a sejthártya ioncsatornái működésében okoz változást.

2.28. ábra. Extruszómák a) kinetociszták és hozzájuk kapcsolódó baktériumok egy napállatka tengelylábain b) a kortikális granulumok egyik típusa stentorint tartalmaz (kék kürtállatka – Stentor coeruleus) c) a Stentor coeruleus kortexén látható sávozottság a kortikális granulumok jelenlétének köszönhető, a világos területek a testi csillósorok (kinéták) d) a kortikális granulumok adják a szemhéjállatka – Blepharisma fajok rózsaszín árnyalatát e) a kortexben sűrűn elhelyezkedő granulumok közötti sávok a testi csillósorok

2.28. ábra. Extruszómák a) kinetociszták és hozzájuk kapcsolódó baktériumok egy napállatka tengelylábain b) a kortikális granulumok egyik típusa stentorint tartalmaz (kék kürtállatka – Stentor coeruleus) c) a Stentor coeruleus kortexén látható sávozottság a kortikális granulumok jelenlétének köszönhető, a világos területek a testi csillósorok (kinéták) d) a kortikális granulumok adják a szemhéjállatka – Blepharisma fajok rózsaszín árnyalatát e) a kortexben sűrűn elhelyezkedő granulumok közötti sávok a testi csillósorok

A toxint hordozó egysejtű nem feltételenül színes, a Spirostomum fajok színtelenek, csakúgy, mint a Climacostomum virens, amelyet csak zöld zoochlorellái miatt látunk zöldnek. Náluk kizárólag a ragadozó-zsákmány kapcsolatban van szerepe a granulumoknak.

A climacostol rezorcin-származék, amelynek hatásmechanizmusára kísérletes vizsgálat derített fényt: Tetrahymena thermophila tenyészetéhez tisztított climacostolt adva a sejtek úszása lassult, egyre többször módosították úszásirányukat miközben alakjuk is megváltozott, végül elpusztultak. Izolált patkánymáj-mitokondriumokkal végzett respirációs kísérlet kimutatta, hogy climastol hatására a terminális oxidáció során a légzési láncban a fehérjekomplex I működése gátlódott. A climacostol tehát valószínűleg a mitokondriumot károsítja a megtámadott csillósokban. A Climacostomum támadófegyverként is használja toxikus granulumait, az ingeszció során a nagyobb prédát megbénítja vele. (Muto és mtsai 2011).

A spirostomin a Spirostomum ambiguum és Spirostomum teres csillósokban más-más molekula. Elképzelhető, hogy a két faj méreganyaga közötti eltérésnek az egymással való versengésben van szerepe. A többi toxintermelő csillósnál is felmerül, hogy szerepük lehet a kompetítorok visszaszorításában (Buonanno és mtsai 2012).

2.1.15. A sejtmag

A kettős membránnal határolt sejtmag a legfontosabb alkotója az eukarióta sejtnek, mag nélkül nem létezik élő egysejtű. A sejtmag lehet egymagában vagy sokadmagával. Utóbbi esetben homokariotikusnak nevezzük azokat az egysejtűeket, amelyekben több egyforma sejtmag van. Az Arcella házas amőbákban többnyire kettő, néhány fajnál viszont akár 40 is lehet. Jóval több, akár ezer sejtmagja is lehet az Actinosphaerium eichhorni napállatkának. A heterokariotikus egysejtűekben legalább kétféle, a genom eltérő hányadát tartalmazó sejtmag van.

2.29. ábra. Különféle egysejtűek sejtmagjai a) csupasz amőba (Amoebozoa: Mayorella sp.) egyetlen, kompakt sejtmagja b) a gyöngyállatkában (Opalinata: Opalina ranarum) nagyszámú apró sejtmag található (apró sötét szemcsének látszanak, ld. inzert) (Dr. Majoros Gábor preparátuma) c) az üregi élősködők sejtmagja a sejt hátsó, deutomerit részében található (Apicomplexa: Gregarina blattarum csótány bélcsatornájából)

2.29. ábra. Különféle egysejtűek sejtmagjai a) csupasz amőba (Amoebozoa: Mayorella sp.) egyetlen, kompakt sejtmagja b) a gyöngyállatkában (Opalinata: Opalina ranarum) nagyszámú apró sejtmag található (apró sötét szemcsének látszanak, ld. inzert) (Dr. Majoros Gábor preparátuma) c) az üregi élősködők sejtmagja a sejt hátsó, deutomerit részében található (Apicomplexa: Gregarina blattarum csótány bélcsatornájából)

2.30. ábra. Homokariotikus egysejtűek több egyforma, vezikuláris típusú sejtmaggal a) a legtöbb Arcella fajnál két sejtmag jellemző (hematoxilin festés, Arcella intermedia) b) a vezikuláris mag felépítése központi nukleólusszal és perifériás kromatin szemcsékkel; smh – sejtmaghártya, n – nukleólusz, k – kromatin szemcsék c) vezikuláris magok élő Arcella formosa- ban (differenciál interferencia kontraszt felvétel, a nyilak a sejtmaghártyára mutatnak) d) több tíz vezikuláris mag van az Arcella megastoma -ban (brómfenolkékkel festett készítmény, a nyilak a nukleóluszra mutatnak)

2.30. ábra. Homokariotikus egysejtűek több egyforma, vezikuláris típusú sejtmaggal a) a legtöbb Arcella fajnál két sejtmag jellemző (hematoxilin festés, Arcella intermedia) b) a vezikuláris mag felépítése központi nukleólusszal és perifériás kromatin szemcsékkel; smh – sejtmaghártya, n – nukleólusz, k – kromatin szemcsék c) vezikuláris magok élő Arcella formosa- ban (differenciál interferencia kontraszt felvétel, a nyilak a sejtmaghártyára mutatnak) d) több tíz vezikuláris mag van az Arcella megastoma -ban (brómfenolkékkel festett készítmény, a nyilak a nukleóluszra mutatnak)

A sejtmagok mikroszkópos morfológiáját számos szakkifejezés írja le. A legtöbb egysejtűben vezikuláris típusú sejtmag van, amelyben már az élő egysejtű mikroszkópos vizsgálatánál egy központi, erősen fénytörő nukleólusz és a sejtmaghártya alatt szórtan elhelyezkedő kisebb, gömbölyded kromatinszemcsék láthatók.

A sejtmag mérete nagyon változó, az egysejtű méretével is arányos: Az Astrammina triangularis egy hatalmasra növő monotalamikus foraminifera az Antarktisz vizeiből, egyetlen sejtmagja gigantikus méretű: kishíján eléri az egy millimétert. Az Astrammina rara DNS tartalma igen tekintélyes mennyiségű: 2ng, ami közelítőleg 1300 humán genoménak felel meg! Azt még nem tudni, hogy a genom hányszorosa van a sejtmagban, de többszázszorosra vagy ezerszeresre becsülik. A Reticulomyxa filosa csupasz, sokmagvú, édesvízi foraminifera nagyobb egy centiméternél és ezernél is több sejtmagja van.

A foraminiferáknál található a riboszóma kis alegység eddig ismert legnagyobb génje az élővilágban: 2300-4000 bp méretű.

A protiszták kromoszómáiról és számukról igen keveset tudni. A kromoszómaszám egyes csoportokon belül is tág határok között mozoghat, pl. a Tetrahymena-ban 5 pár van, a Stylonychia-ban száznál is több. Több egysejtű-csoportban a kromatin a sejtciklusnak az osztódástól eltérő fázisaiban is kondenzált formában van (számos euglenida, a dinoflagelláták, és számos Hypermastigea ostoros). A dinokarion a speciális dinoflagelláta kromatin-szerkezetre utal, amelyben nincsenek hisztonok, nukleoszómák. Egy szemléletes megjelölés szerint a dinokarionban a DNS folyadékkristályos állapotban van. (Livolant és Bouligand 1978) Régen átmeneti állapotnak gondolták a prokarióta nukleoid és az eukarióta sejtmag között, ma már tudjuk, hogy egy levezetett csoport speciális tulajdonságáról van szó. Ezzel szemben az Apicomplexa-nál nem kondenzálódnak a kromoszómák.

A legtöbb egysejtű diploid. A bonyolult fejlődésmenettel rendelkező fajoknál lehet diploid és haploid fázis a nemzedékváltás során, például a Rotaliella heterokaryotica ivaros nemzedéke haploid, az ivartalan pedig diploid. Az Apicomplexa hosszú fejlődésmenete során haploid, egyedül a zigóta állapotban diploid, majd rögtön meiózison megy keresztül, amivel visszaáll a haploid állapot (zigotikus meiózis). (Hausmann és mtsai 2003)

A magdimorfizmus

A heterokariotikus állapot két egysejtűcsoportnál, a csillósoknál és a foraminiferáknál alakult ki. A csillósokban fajra jellemző számú kismag (mikronukleusz) és nagymag (makronukleusz) van. A kismagvak a teljes genomot tartalmazzák, a nagymag viszont csak a vegetatív folyamatokhoz szükséges géneket tartalmazza, azokat viszont nagy számban. A Tetrahymena thermophila-ban a nagymag DNS-tartalma a következőképpen jön létre: a konjugáció során az újonnan keletkező mikronukleuszban található 5 kromoszóma meghatározott helyeiről, 200–300, autonóm módon replikálódó DNS fragmentum hasad ki, amelyek mérete 21kb és 1 Mb között van (átlagosan 800 kb). A kihasadás a mikronukleáris kromoszóma specifikus helyein történik, az ú.n. kromoszóma-törési pontoknál. A törést követően telomeráz enzim segítségével telomérák épülnek ki a DNS fragmentumokon. Egy makronukleuszban átlagosan 45 kópia keletkezik minden fragmentumból, de a riboszomális DNS gén nagyjából 10 000 példányban jön létre. A makronukleusz DNS fragmentumain nincsen centroméra vagy bármilyen struktúra, amely osztódásnál a fragmentumok egyenlő eloszlását biztosítaná, így random mennyiségben kerülnek át az utódsejtekbe (Orias 1998).

A kismag csak a szaporodás és az ivaros folyamat során aktív. A nagymag a sejtosztódás során egy a mitózistól eltérő, jóval egyszerűbb módon kettéválik, ezt amitózisnak nevezik. Megújulása az ivaros folyamat végén történik, az új mikronukleuszok egyike alakul át nagymaggá.

A kismagvak általában egyszerű, gömb, vagy tojásdad alakúak. Ezzel szemben a makronukleusz roppant változatos formákat ölthet és nagy mérete révén, különösen a nagy csillósokban, akár az egysejtű teljes hosszán végighúzódhat. A kismag nem létfontosságú a vegetatív élethez, ezért mikronukleusz mentes sejtvonalak fenntarthatók, de elöregednek és ivaros folyamatuk nincs.

2.31.ábra. Magdimorfizmus a csillós egysejtűeknél a) zöld papucsállatka (Paramecium bursaria) nagy- és kismagja (man: makronukleusz, min: mikronukleusz; Feulgen-féle magfestés) b) a Climacostomum virens (Heterotrichea) szalagalakú makronukleusza c) a szemhéjállatka (Blepharisma undulans, Heterotrichea) súlyzóalakú makronukleusza b)-c): a számos kicsi mikronukleusz nem látható; b)–c) protargol impregnáció

2.31.ábra. Magdimorfizmus a csillós egysejtűeknél a) zöld papucsállatka (Paramecium bursaria) nagy- és kismagja (man: makronukleusz, min: mikronukleusz; Feulgen-féle magfestés) b) a Climacostomum virens (Heterotrichea) szalagalakú makronukleusza c) a szemhéjállatka (Blepharisma undulans, Heterotrichea) súlyzóalakú makronukleusza b)-c): a számos kicsi mikronukleusz nem látható; b)–c) protargol impregnáció

A nukleomorfa

A nukleomorfa kettős membránnal körülvett DNS-tartalmú organellum. A membránján póruskomplexek figyelhetők meg, akárcsak a sejtmagnál. A nukleomorfa a másodlagos és harmadlagos szimbiogenezissel a sejtbe kerülő eukarióta endoszimbionták sejtmagjának maradványa, amely két rendszertani csoportban (Cryptomonadea és a Chlorarachnea) maradt fenn. A Chlorarachnea-ban a sejtmag maradványát a természetben létező legkisebb eukarióta sejtmagnak tartják: a Bigelowiella natans-nak csupán 3 lineáris kromoszómája és 331 génje maradt az extrém mértékű redukció során (Gilson és mtsai 2006). A legtöbb algacsoportban az endoszimbionta sejtmagja teljesen eltűnt. A Cryptomonadea alga-endoszimbiontákat tartalmazó protisztáknál azonban szintén találni nukleomorfát, így a dinoflagelláták különböző csoportjainál is, valamint a Myrionecta rubrum csillós egysejtűnél. A nukleomorfák genomjának vizsgálata lehetővé teszi az endoszimbionta filogenetikai hovatartozásának megállapítását és a legkülönbözőbb szimbionta-eredetű gének vizsgálatát. Ennek során derült ki például, hogy a nukleomorfa maghártyájának póruskomplexeit kódoló fehérjék génjei már a gazda sejtmagjában vannak (Neumann és mtsai 2006). Érdekes jelenség, hogy a vörösmoszat és zöldmoszat eredetű sejtmagok redukciós folyamatai hasonló módon és mértékben történtek a két filogenetikailag távol álló csoportban. A nukleomorfa gyakorlati alkalmazásának lehetősége a Chlorarachnea filogenetikai vizsgálatánál merült fel. A parányi amöboid egysejtűek nukleáris génjeivel nehezebb „megküzdeni”, mint a nukleomorfa génekkel, így a gazdaszervezeteket könnyebb a nukleomorfák filotípusa szerint azonosítani, ezért a DNS barcoding kidolgozásánál egyedülálló módon a szimbionta alapján azonosítják a Chlorarachnea gazdát (Gile és mtsai 2010).

2.32. ábra. A nukleomorfa elhehyezkedése egy Chlorarachniophyta amőbában (Lotharella globosa) (TEM felvétel, forrás: Hirakawa és mtsai 2011)

2.32. ábra. A nukleomorfa elhehyezkedése egy Chlorarachniophyta amőbában (Lotharella globosa) (TEM felvétel, forrás: Hirakawa és mtsai 2011)

2.1.16. Autofágia

Az egysejtűek élete során bekövetkezik saját organellumaik degradációja. A többi eukariótához hasonlóan a protiszták is az önemésztés módszerével (autofágia, autofagocitózis) szabadulnak meg a feleslegessé vált, „kiöregedett” és/vagy károsodott organellumoktól. Az autofagocitózis során a lebontandó struktúrákat egy kettős izoláló membrán zárja körül (szekvesztráció). Az így keletkező autofagoszóma savas pH optimumú hidrolázokat tartalmazó lizoszómákkal fúzionál és a beltartalma megemésztődik. A legtöbb nagy protiszta csoportban már kimutattak autofagocitózist. Eleinte a stressznek kitett vagy éheztetett egysejtűek elektronmikroszkópos morfológiai vizsgálatával, később a genom-projektek során előállt szekvencia adatbázisokban az autofágia folyamatával kapcsolatos fehérjék homológ génjeinek kimutatásával győződtek meg az autofágia folyamatáról.

Az autofágia két formája a makro- és mikroautofágia, amelyek különbözően befolyásolják a lizoszómamembrán méretét. A makroautofágia során a lizoszóma membránja megnövekszik az autofagoszómával való fúzió eredményeképpen. Ezzel szemben a mikroautofágia során a lizoszóma membránja betűrődik es lefűződve kisebb, lebontásra ítélt citoplazma-részleteket juttat be a lizoszóma belsejébe.

Az összehasonlító genomikai vizsgálatok szerint makroautofágia már az utolsó eukarióta közös ősnél kialakulhatott. Az eukarióta szupercsoportokban az autofágia folyamata az egyes csoportoknál specializálódott, módusult és legalább három leszármazási útvonalon el is tűnt (Encephalitozoon cuniculi (Microsporidia, Fungi), Cyanidoschizon merolae (a legprimitívebb felépítésű egysejtű vörösmoszat, Archaeoplastida), Giardia intestinalis (Metamonada, Excavata)). Mindhárom példánál az endomembránrendszer szélsőséges redukciója figyelhető meg.

A szekvencia adatbázisok alapján sok paralóg gén keletkezett, de ezek expresszióját és a keletkező fehérjék tényleges funkcióját még kísérletesen vizsgálni kell. Bár a makroautofágia eltűnése az életmóddal kapcsolatos sejtmorfológiai adaptációkkal szoros összefüggésben lehet, ez alapján nem szabad általános következtetéseket levonni az autofágia előfordulását illetően. Az endoparazita Giardia intestinalis redukált endomembránrendszere és a mitokondrium helyett meglévő parányi mitoszómája mellett nem mutatható ki makroautofágia, látványos autofagoszómával. (Redukált endomemránrendszer mellett nehezen képzelhető el makroautofágia. A mikroautofágiával kapcsolatos irodalmi adatok alapján azonban nem kizárt, hogy mikroautofágia még itt is történik.) Más parazitákban viszont, például a Trichomonas fajokban, megfigyelhető az autofagoszóma kialakulása, amely mesterségesen is előidézhető pédául hidroxiurea kezeléssel. A Giardia-hoz hasonlóan a Trichomonas anyagcsereutai is meglehetősen redukáltak. A parazita életmód során bekövetkező reduktív változások tehát nem feltétlenül járnak együtt a makroautofágia eltűnésével.

A Plasmodium fajokban és más csúcsszerves spórásokban az autofágia speciális módja alakult ki. A bioinformatikai vizsgálatok is mutatták, hogy a csoportban sok ortológ gén jelent meg a csoport törzsfejlődése során. Működésük során más mechanizmussal idézik elő az autofágiát, és más membránfehérjék lokalizálódnak az autofagoszóma membránjában.

A Dictyostelium szociális amőbánál az életciklus során az átalakulási folyamatok zavart szenvednek, ha az autofágiáért felelős fehérjegének expresszióját akadályozzák. Különféle autofágia mutánsokkal rendellenes fenotípusok hozhatók létre: például a sejtek aggregációja nem hozza létre a szokásos pszeudoplazmódiumot, vagy a vaskos száron kicsi, rendellenes termőtest képződik.

A csillósok körében a Paramecium-ban mutatták ki, hogy a konjugációt követően az anyai makronukleusz autofágia folyamata során tűnik el. A Tetrahymena fajokban autofágiát a betokozódás során írtak le.

A protisztáknál az egysejtű halála az egyed pusztulását jelenti. Az egyedek pusztulása azonban olykor előnyös is lehet a protiszta populáció egésze számára. A planktonikus algák szezonális tömegprodukcióját gyakran vírusfertőzések törik le hirtelen, vagy szabadgyökök okozta sejtkárosodások. Az autofágia az egyedsűrűség csökkentése révén javítja az algapopuláció állapotát. A programozott sejtpusztulás része a protiszták fejlődési folyamatainak. Az autofágia a programozott sejthalálnak is fontos mechanizmusa, ezáltal fejlődési folyamataik egyik szabályozó tényezőjének is tekinthetjük.

Az autofágia a kórokozók elleni védekezés miatt különös figyelmet élvez a kutatók részéről, mert külső, mesterséges indukálásával a parazitáknál sejtpusztulás idézhető elő.

A Trypanosomatidák fejlődési alakjainak egymásba alakulása során a Trypanosoma brucei-nél gyökeres metabolikus átrendeződés történik a cecelégyben az uralkodó prociklikus formáról a metaciklikusra való váltás során, illetve az emberi vérben a metaciklikusról prociklikusra való átalakuláskor. Ez utóbbinál a peroxiszómával rokon jellegű organellumok közé tartozó glikoszómák a peroxiszómákra jellemző autofág folyamat, a pexofágia útján tűnnek el. A megnyúlt tripomasztigóták rövidebb prociklikus formára való átalakulása során a sejtben a glikoszómák körül lizoszómák jelennek meg, amelyek az átalakulás végső szakaszában jelentősen megnagyobbodnak. A glikoszómák degradálódása során a lizoszómákban a glikolízis enzimeinek mennyisége egyre nő, ahogy az organellum tartalma átkerül a lizoszómába.

A Plasmodium sporozoita-merozoita átalakulása során is megfigyelhető a fejlődésmenethez szervesen hozzátartozó, ú.n. funkcionális autofágia. A gazdasejtbe való bejutás előtt a sporozoita által kibocsájtott adhéziós fehérjéket a mikronémának nevezett lapos, hosszúkás hólyagok tárolják. A trofozoita kialakulása során ezeket egy kettős membránnal határolt organellum, az emlősök autofagoszómájára emlékeztető struktúra veszi körül mielőtt a sejtből a parazitofór vakuolába juttatná.

Az endoparaziták eliminálására a gazdaszervezet felhasználja az autofágia folyamatát. A makrofágok bekebelezik az élő egysejtű kórokozókat, majd elméletben a fagoszómához lizoszómák kapcsolódnak és a fagolizoszómában a parazita megemésztődik. Számos parazita azonban életben marad a makrofágok belsejében, így a Toxoplasma, a Leishmania és a Theileria fajok is. Különböző mechanizmusokat vetnek be, hogy elkerüljék az azonnali megsemmisítést. Megakadályozzák, hogy a fagoszóma pH-ja savas legyen, manipulálják a vezikuláris transzportot, elkerülik a fúziót a lizoszómával, kijutnak a fagoszómából a citoszólba, vagy olyan burkot hoznak léte maguk körül, amivel szemben hatástalan a gazda endocitotikus apparátusa. Ez utóbbit műveli a Toxoplasma is: parazitofór vakuolájának membránjában nincsenek a gazdából származó fehérjék. Ennek ellenére a makrofágok mégis rákényszerítik a vakuolát a lizoszómákkal való fúzióra: a természetes immunrendszer elemei is segítik a folyamatot. A fertőzött makrofágok CD40 szabályozó molekulái és a CD4+-t hordozó T sejtek kapcsolatának serkentő hatására a makrofágban megindul az egyik autofágiával kapcsolatos fehérje, az LC3 (vagy Atg8[11]) expressziója, amely a parazitofór vakuola membránjába épül be és így az már fúzionálni fog a lizoszómával.

A gazdasejtek az elpusztult parazitától rendszerint az autofágia alkalmazásával szabadulnak meg. Például a Toxoplasma gondii parazitát tartalmazó gazdasejtben az autofágia gátlása a citoplazmában a Toxoplasma törmelék felszaporodásához vezet. (Duszenko 2011)

A Toxoplasma gondii a köztesgazda egér fertőzésekor immunválaszt vált ki. Ha a parazita nagyon virulens és a gazdaszervezet gyenge, az immunválasz elmarad és az egér elpusztul. Ha viszont sikeres, akkor a fertőző parazita populáció egy része elpusztul, de a megmaradó egysejtűek hosszútávon fennmaradnak az izmokban és az agyban, gyakorlatilag tünetmentesen. Miután a Toxoplasma behatolt a gazdasejtbe, ott az egér IRG-fehérjéi (immunity-related GTPases) beépülnek a parazitofór vakuola membránjába, azt permeabilizálva széthasítják és 20 perc alatt elpusztítják a parazitát, amelynek maradványában kísérletesen kimutathatók a citoplazma anyagai. A gazdasejt közel egy óra múlva szintén elpusztul de előtte az immunrendszert serkentő anyagokat bocsát a környezetébe. A gazdasejt pusztulása nekrózis jellegű folyamat, ami a sejthártya felhasadásával veszi kezdetét. Ezt a folyamatot bizonyítottan a parazitofór vakuola IRG-általi dezintegrálása váltja ki, így tulajdonképpen közvetve maga a parazita idézi elő a gazdasejt nekrózisát. (Kísérletesen alkalmazott apoptózis-jel nem jelent meg a membránban.) A nekrózis egyik, indirekt bizonyítéka az, hogy virulens Toxoplasma törzs esetében sem a parazitofór vakuola permeabilizálása, sem a gazda nekrózisa nem következik be (Zhao és mtsai 2009).



[8] Epitop: antigéndetermináns, az a része az antigénnek, amely ellen a humorális immunválasz során fajlagos ellenanyagok termelődnek.

[9] A gamonok nem csak a protisztáknál fordulnak elő: elsőként állatokból (tengerisünök) mutattak ki az ivari működéssel kapcsolatos jelzőmolekulákat.

[10] A glikoszóma nem azonos egy másik, növényekben és gombákban előforduló peroxiszóma jellegű organellummal, a glioxiszómával, amely döntően a glioxalát-ciklus enzimrendszerét tartalmazza.

[11] Atg – autophagy related, autofágiával kapcsolatos fehérje