3.8. Morfogenezis

A legtöbb protisztában külső vagy belső szignálok hatására jól látható morfológiai változások mennek végbe, amelyek során a sejtalkotók vagy megváltoznak vagy eltűnnek, esetleg új struktúrák jelennek meg az egysejtűben, amelyek megváltoztatják a megjelenését. Ezen morfológiai változások folyamatát összefoglalóan morfogenezisnek nevezzük. A morfogenetikus átalakulás megindulhat a környezet külső jeleire (például a kiszáradó környezet sok protisztánál elindítja a betokozódást), vagy a bonyolult fejlődésmenetű fajoknál az egymást követő fejlődési alakok átalakulási folyamata belső jelzésre. A szaporodáshoz és az ivaros folyamathoz is nagyszámú morfogenetikus változás kapcsolódik.

3.8.1. Külső környezet hatására bekövetkező alaki változások

A táplálékforrás összetételének megváltozása számos csillósban maga után vonja a predátor morfogenetikus átalakulását. A Tetrahymena baktérium dominanciájú táplálékkínálat esetén kisebb szájmezőt fejleszt (kisszájú vagy microstoma forma), ha azonban más csillósokat kap tápláléknak, megjelenik a nagyszájú (macrostoma) forma. A Blepharisma fajoknál a táplálékkínálat minőségéhez kapcsolódik az óriásalakok megjelenése (Hausmann és mtsai 2003). Ha a Blepharisma monokultúrában a baktérium táplálék fogytán van, a sejtek egy része az átlagos 300 µm méret többszörösére nő, majd kannibálként nekilát a fajtársak fogyasztásának. Az óriásegyedek eltűnnek, ha ismét van elegendő baktérium-táplálék.

3.27. ábra. A szemhéjállatka (Blepharisma undulans) csillós egysejtű óriásegyede, benne egy fajtárs emésztés alatt álló maradványával. A felvételen az órásegyed mellé beúszik egy normál méretű szemhéjállatka, majd egy papucsállatka. VIDEÓ

3.27. ábra. A szemhéjállatka (Blepharisma undulans) csillós egysejtű óriásegyede, benne egy fajtárs emésztés alatt álló maradványával. A felvételen az órásegyed mellé beúszik egy normál méretű szemhéjállatka, majd egy papucsállatka – videó

A környezet elektrolitkoncentrációjának a változása morfogenetikai változást indít el a Naegleria fajokban. Ha a nedves talaj vagy pocsolya kiszáradóban van, az amöboid alakok betokozódnak. Ha ismét elegendő a vízborítás, a kitokozódó egysejtű ostorossá alakul át. Az ostoros alakok nem tudnak táplálkozni, a növekvő elektrolitkoncentráció felé igyekeznek, pl. az alzatra. Az alzaton ostoros-amöboid átalakulás következik be és az amőba a továbbiakban a felületen táplálkozik és szaporodik. A Naegleria gruberi amöboidból ostoros formává alakulásához legalább 90 percre van szükség. Kísérletesen a hőmérseklet-csökkentés és mechanikai hatás (rázás) külön-külön és együtt egyaránt képesek elindítani a morfogenetikai változást.

3.28. ábra. Átalakulás a Naegleria gruberi különböző alakjai között a) ciszta b) amőba c) ostoros alak (ábrák Alexeieff 1912 nyomán)

3.28. ábra. Átalakulás a Naegleria gruberi különböző alakjai között a) ciszta b) amőba c) ostoros alak (ábrák Alexeieff 1912 nyomán)

3.8.2. A betokozódás

A Dictyostelium szociális amőbánál a magas ozmolit (ozmotikusan aktív vegyület) koncentráció valamint az éhezés egyaránt betokozódást vált ki a és gátolja a nyugalmi állapotban levő sejt kitokozódását. Ennek a folyamatnak a molekuláris mechanizmusát mostanában kezdték feltárni. A környezet növekvő ozmolalitása például egy víztest (mondjuk akár egy talajmélyedés) kiszáradása folyamán figyelhető meg. Az amőbának ekkor létfontosságú, hogy a kiszáradástól még időben megóvja a sejtet. Az ozmolit hatására meginduló betokozódást a cAMP mennyiségének növekedése, majd ennek hatására a cAMP-dependens protein kináz (PKA) koncentrációjának növekedése kíséri a sejtben. Az ozmolitok ilyen hatását tapasztalták már Acanthamoeba castellani és Hartmannella rhysodes amőbák cisztaképzése során is. Feltételezik, hogy az ősibb, szoliter amőbáknál a kiszáradás-stressz ellen kialakult védekezési mechanizmus lépése (a cisztaképzés – betokozódás folyamata) épült be a szociális amőbáknál a fejlődésmenetbe, így az komoly evolúciós jelentőségre tett szert. A Dictyostelium fajoknál az ozmolit aktiválja az adenilát-ciklázt, amely növeli az intracelluláris cAMP koncentrációt és ennek hatására az amőbák aggregátumba tömörülnek, valamint egy ú.n. prespóra sejtet hoznak létre. Eközben a cAMP a PKA növekedését váltja ki, aminek a hatására beindul a spórák érési folyamata, viszont amíg magas a spóra feji részén az ozmolalitás, addig nem hagyja azt kicsírázni (Ritchie és mtsai 2008). A cAMP fenti, belső szignalizációban betöltött szerepe mellett a Dictyostelium fajokban az evolúció során egy szerep-módosulás is létrejött. A termőtest-morfogenezis koordinációjának folyamatában az intracelluláris mellett extracelluláris cAMP is részt vesz: a sejthártya külső felszínének cAMP-kötő receptoraihoz kapcsolódva az extracelluláris cAMP molekulák indítják el a sejtaggregációt, kemotaxis indukciója révén. A későbbi folyamatokban (a különböző fenotípusú pszeudoplazmódiumok és a termőtest kialakítása) szintén közreműködik. A cAMP ilyen, extracelluláris ligand szerepe egyedülálló az eukarióták között (Alvarez-Curto és mtsai 2005).

Sok egysejtűnél nem ismeretes a betokozódás (pl. papucsállatka, Tetrahymena, Amoeba proteus, Trypanosomatida, Parabasalia, stb.). A Trichomonas vaginalis parazitának ostoros és amöboid alakja mellett létezik egy lekerekedett formája is. Látszólag olyan, mintha a sejt nyugalmi állapotba kerülne, ezért pszeudocisztának nevezik. Sokáig a kórokozó degenerálódó alakjának tartották. A pszeudociszta azonban intenzív anyagcserét folytat, semmi köze a kitartóképletekhez, osztódik és a leánysejtek még több trofozoita alakot hoznak létre. Pszeudociszták a már manifesztálódott trichomoniázisnál jelennek meg, amikor a patogén által okozott hámelváltozások tünetei már a betegnek is feltűnnek. A hidrogenoszómák száma nagyobb a pszeudocisztákban mint a fertőzés kezdetén jelenlevő alakokban. A pszeudociszta alak strssztűrő: desztillált vízben több mint 3 órán át életképes marad, míg a trofozoiták nem sokkal 2 óra múltán elpusztulnak. Felszínét mikropórusok borítják és aktívan fagocitál, citoplazmája számos apró emésztővakuolát tartalmaz. Férfi betegekben a spermiumok számának jelentős csökkenése miatt sterilitási tünetet okoz. A pszeudociszta tehát egy sokáig fel nem ismert fontos stádiuma a parazita életciklusának, amely stressztűrésre alakul ki, biztosítja a szexuális úton való sikeres terjedést, mivel új szervezet fertőzésekor trofozoiták jönnek létre belőle, amelyek kialakítják a trichomoniázis tüneteit (Afzan és Suresh 2012).

3.8.3. Fejlődési alakok átalakulása az életciklus során

Szabadonélő egysejtűek között a helytülő fajok és az ostor vagy álláb nélküli passzívan lebegő protiszták életciklusa során ostoros rajzók jelennek meg. Egyes fajoknál funkcionális különbségek is vannak az egymást követő stádiumok között: a Pfiesteria piscicida dinozoánál nem-toxikus és toxikus zoospóra alakul ki.

A csillósok sztomatogenezise, vagyis a sejtszáj körüli speciális csillózat és infraciliatúrájának (szájszerkezet) kialakulása az egyik legjellegzetesebb morfogenetikai változás az egysejtűeknél. Minden sejtosztódásnál bekövetkezik. Az osztódó csillós testén ekvatoriális síkban keletkezik egy befűződés, a citokinézis befejeztével itt válik szét a két sejt. Osztódás során a test hátsó végén kialakuló leánysejt (opisthe) számára új szájkörüli, vagyis orális csillózat képződik. Az elülső testvég (a belőle kialakuló leánysejt neve proter) orális csillózata csoporttól függően megmarad vagy változik. Az orális ciliatúra kialakulása jellemző módon történik a különböző csillós csoportokban. A folymatnak öt alapvető módozata ismert, számos altípussal. Ezek ismerete alapvetően fontos a csillósok morfológiai jellemzésénél. Az egyik lehetőség az, hogy az új orális csillózat a régitől teljesen függetlenül, újonnan alakul ki (apokinetális sztomatogenezis), például a járólábacskás csillósoknál (Hypotrichea). A kinetoszómák ilyenkor de novo keletkeznek. Máshol a régi struktúra is felszívódik majd a testi csillózatból alakulnak ki a leendő orális kinetoszómák, pl. a Tetrahymena fajoknál (parakinetális sztomatogenezis). A többi típusnál vegyesen vesznek részt régi és új alapi testek az új szájkörüli csillózat kialakításában. A különböző Hymenostomatia fajoknál jellemző bukkokinetális sztomatogenezis során a leendő proter szájszerkezetének környékén de novo képződnek a leendő opisthe új alapi testjei és a régi szájkészülék elemeinek egy része is részt vesz az új szájszerkezet létrehozásában. A telokinetális típusnál a leendő opisthe elülső csúcsi végénél elhelyezkedő szomatikus csillósorok kinetidái vagy az ott levő kinetida-töredékek vesznek részt az új szájszerkezetének kialakításában. Olyan csillós csoportoknál figyelhető meg, ahol az orális csillózat minimális (pl. Prostomatea). A mixokinetális típusnál a proter szájszerkezetéből és a testi csillósorokból származó kinetidák építik fel az új szájszerkezetet. A felsorolt alaptípusoknak változatai filogenetikailag távoli csoportokban is megjelennek. A sztomatogenezis kizárólag kisebb rokonsági csoporton belül (pl. osztály) tükrözi az evolúciós rokonságot (Cs. Bereczky 1998, Lynn 2010).

3.29. ábra. Példák a csillós egysejtűek sztomatogenezisére a) apokinetális sztomatogenezis: egy járólábacskás csillós sejtosztódása során az opisztén már jól látható az új orális apparátus kezdeménye (kék nyíl) b) parakinetális sztomatogenezis (Tetrahymena) c) telokinetális sztomatogenezis (Chilodonella, NB: a proter új orális apparátusának kezdeménye, OB: a proter régi orális apparátusa, később eltűnik, RB: az opiszte új orális apparátusának kezdeménye) (c forrása: Calkins 1933)

3.29. ábra. Példák a csillós egysejtűek sztomatogenezisére a) apokinetális sztomatogenezis: egy járólábacskás csillós sejtosztódása során az opisztén már jól látható az új orális apparátus kezdeménye (kék nyíl) b) parakinetális sztomatogenezis (Tetrahymena) c) telokinetális sztomatogenezis (Chilodonella, NB: a proter új orális apparátusának kezdeménye, OB: a proter régi orális apparátusa, később eltűnik, RB: az opiszte új orális apparátusának kezdeménye) (c forrása: Calkins 1933)

A Trypanosoma cruzi életciklusa során számos fejlődési alak váltja egymást. A legfontosabb átalakulások egyike a rovar bélcsatornájában az epimasztigótából a metaciklikus tripomasztigóta kialakulása. A folyamatot a bélcsatorna disztális szakaszán, az utóbélben, a tápanyaghiány indítja el. Eleinte a rezervoszómában tárolt fehérjék és lipidek mobilizálásával fedezi az egysejtű a szükségleteit. Az éhezés hatására a raktározott fehérjéket lebontja a cruzipain, a lizoszómákban és a rezervoszómákban legnagyobb mennyiségben jelenlevő cisztein peptidáz enzim. A cruzipain aktivitása elengedhetetlen a morfogenetikai átalakulás során, miközben autofagoszómák és a szerin karboxipeptidáz jelenlétében kialakulnak a megnyúlt tripomasztigóták. A folyamat utolsó szakaszában az autofág vakuolák tartalma részben a rezervoszómákba kerül részben lizoszómákkal kapcsolatba lépve lebomlik.

A Plasmodium fajoknál a sejthártya alatt húzódó belső membrán komplex a sporozoita sejt egészén végighúzódik. A sporozoita-trofozoita átalakulás során megváltozik az egysejtű alakja, nagyfokú intracelluláris átrendeződés kezdődik és eltűnnek mindazok a struktúrák, amikre a táplálkozó alaknak nincs szüksége. A belső membránkomplex lebomlik és a sejtmag középre helyeződik. Az addig megnyúlt alakú sejt elülső és hátsó végei eltűnnek, a sejt legömbölyödik. A belső membránkomplex újból kiépül, denz, lemezes szerkezetet vesz fel, majd kijutva a parazitából a gazda citoplazmájában létrehozza a parazitofór vakuolát a trofozoita körül. Eltűnnek a mikronémák, amelyek a sejtadhéziót szolgálták a bejutást megelőzően. Nagy kompartmentekben gyűlnek össze, amit a sejt kibocsájt a parazitofór vakuolába. A parazitofór vakuola kialakul axénikus tenyészetben is, ami arra utal, hogy a gazdaszervezet nem hat erre a lépésre. Az átalakulás végére az érett trofozoitában már elsősorban a bioszintézishez szükséges organellumok lesznek jelen: jól fejlett endomembrán rendszerek, mitokondriumok, az apikoplasztisz és a sejtmag. (Duszenko 2011)