Строение человеческая аскарида: Строение аскариды человеческой — внешнее и внутреннее, особенности

Название операции	Содержание материала
Анализ ситуации	Урок биологии, 7 класс, 3 четверть. Тема урока: Зоологический триллер – тип Круглые черви. Человеческая аскарида. Обычная массовая школа, стандартная программа, практическое применение ЗУН.
Анализ трудностей	Возможна некоторая скованность учащихся, так как присутствуют гости.
Анализ литературы	Использовано: учебник «Биология 7 класс» К.Кайым, учебник «Биология 7-8 класс» Козлова, Библиотека 1сентября «Я иду на урок биологии».
Ключевое понятие	Круглые черви
Тезис-девиз	Большинство круглых червей внутренние паразиты.
Задача	Формировать базу знаний по теме с использованием элементов творчества
Сверхзадача	Развивать интерес к предметам естественного цикла.
Концепция	Официальная
Определение собственной позиции	Идеологическая: гуманистическая. Методическая: конформист. Личная: конструктивист. К жизни: реалист.
Стиль общения	Демократический.
Анализ духовных ценностей	Я хочу, чтобы дети с интересом и желанием шли на урок.
Анализ адресата	В классе 10 учащихся, 7 девочек и 3 мальчика. Желание учиться есть у 8.
Уровень направленности личности	Средний
Уровень понимания	О чем? Что? Почему? Для чего?
Речевой слух	Средний
Внимание	Непроизвольное, произвольное развито слабо
Память	Зрительная, слуховая, моторная
Воображение	Активное
Тип аудитории	Соглашательский

Зоологический триллер на тему: «Тип Круглые черви.

Цель: актуализация санитарно-гигиенического аспекта, через формирование базы знаний по теме «тип круглые черви».

Задачи:

• сформировать знания о строении, процессах жизнедеятельности, образа жизни и приспособленности круглых червей к среде обитания;
• развивать умения выделять главное, сравнивать, самостоятельно работать с учебником и литературой;
• развивать творческие способности;
• осуществлять гигиеническое воспитание.

Методы и методические приемы:

• Словесные: беседа, рассказ.
• Практические: наблюдение, распознание, сравнение, выделение главного, обобщение.

Оборудование: бланки «Сценарий урока» (Приложение 1),  таблицы по теме,  доска магнитная, магниты.

План урока:

1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний и цель урока.
3. Написание сценария зоологического триллера.

ХОД УРОКА

Организационный момент – оценка готовности класса и учащихся к уроку, приветствие учеников и гостей.

Актуализация знаний:

В 1995 году журнал Nature Australia опубликовал любопытную заметку. Некий австралиец, заглянувший с утра на кухню, обнаружил на столе большого дохлого паука. Что заставило его прийти умирать в столь не подходящее место? Но еще большее удивление и отвращение хозяин дома испытал, заглянув в стоящую рядом чашку с остатками вчерашнего кофе – там плавал невесть откуда взявшийся большой червяк … Мистер Грей – человек, с которым произошла эта история – биолог, и он сумел разгадать загадку.

Тема урока – зоологический триллер «тип Круглые черви». Цель: написать сценарий зоологического триллера для изучения материала по данной теме.

Написание сценария.

Подготовительный этап.

1. «Раскадровка» – проверка знаний по теме «Тип Плоские черви».

Первый кадр  

Задание: допиши подходящее по смыслу.

Рисунок 1.

Тип  – Плоские черви
Класс

Второй кадр

Задание: Схемы, каких систем органов планарии здесь представлены? Подпиши.

Пищеварительная         выделительная                  нервная                        половая
………………………      ……………………          …………………..    ……………..

Рисунок 2.

Третий  кадр

Рисунок 3.

Задание: опиши цикл развития печеночного сосальщика.

С калом КРС яйцо попадает в воду, развивается в свободно живущую плавающую личинку, она проникает в тело улитки (промежуточного хозяина), выходит новое поколение личинок, которые в виде цист закрепляются на траве. КРС съедая траву, проглатывает цисту, которая ЖКТ лопается, личинка проникает в кровь и достигает печени, где развивается в половозрелую особь – гермафродит.

Ученикам предлагается самостоятельно изучить материал учебников и дополнительной литературы и выписать главное, интересное по их мнению. После написания каждой из сцен организуется небольшое обсуждение.

2. «Определение актерского состава» – классификация круглых червей.

Царство – Животные
Подцарство – Многоклеточные
Тип – Круглые черви
Представители: нитчатый червь, нематоды, ришта, трихинелла, аскариды, острицы, волосатик, киноринх, коловратка,и тд.

3. «Написание сценария» – изучение нового материала

Сцена 1

Отличительные особенности круглых червей:

1. Около 15 тысяч видов
2. Тело нечленистое, цилиндрическое, веретенообразное
3. В поперечном разрезе круглое
4. Первичная полость тела
5. Наличие анального отверстия
6. Только 1 слой продольных мышц, только изгибается
7. Большинство внутренние паразиты растений, животных и человека.

 Сцена 2

Внешнее строение круглых червей.

Рисунок 4.

Форма тела – веретенообразная
Покровы – кутикула
Длина тела – самки 20-40 см, самцы 15-25 см в длину
Выросты на теле – отсутствуют
Органы на переднем конце – рот с тремя губами
Органы на заднем конце – анальное отверстие.

Сцена 3

Внутреннее строение круглых червей.

Рисунок 5.

Сцена 4

Процессы жизнедеятельности круглых червей.

1. Движение – один слой продольных мышечных волокон, только изгибаются.
2. Питание – пища проходит через рот и глотку в трубкообразный кишечник, не переваренные остатки удаляются через анальное отверстие.
3. Дыхание – дышат всей поверхностью тела.
4. Кровообращение – отсутствует, функции обмена веществ выполняет первичная полость.
5. Выделение – система представлена парой боковых каналов, сливающихся под глоткой в один, открывающийся на брюшной стороне.
6. Чувствительность – нервная система лестничного типа, органы чувств развиты слабо.
7. Размножение – раздельнополые животные, размножаются только половым способом, оплодотворение внутреннее.

Сцена 5

Цикл развития аскариды.

Сцена 6

Меры профилактики заболеваний вызванных гельминтами.

1. Мыть руки перед едой.
2. Хорошо мыть овощи и фрукты.
3. Соблюдать технологию приготовления мяса и рыбы.
4. Не использовать неочищенную воду.
5. Не купаться на диких пляжах.

Заключительная сцена.

Круглые черви имеют повсеместное распространение и высокую численность особей, что указывает на биологический прогресс этого типа червей, не смотря на простоту их организации в связи с паразитическим образом жизни.

Зачитывается развязка зоологического триллера.

Червяк в кофейной чашке оказался представителем семейства мермитид, относящихся к одному из классов круглых червей – нематодам. Мермитиды распространены по всему свету. Взрослые черви живут свободно в воде или в почве, но их личинки – паразиты членистоногих. Не оставляют своим «вниманием» ни пауков, ни ракообразных, ни насекомых. Попав в тело хозяина, личинка буквально выедает его изнутри. Когда личинке приходит время, выходить наружу, его хозяин направляется к воде, даже если он обитатель суши. Паук вместе со своим страшным грузом, подчиняясь неведомому приказу, отправился в поисках ближайшего водоема, им и оказалась чашка с кофе. Здесь созревший паразит разорвал его покровы и вышел наружу. Хозяин Мермитиды больше не нужен – ему «дозволяется» вылезти на сушу. Видимо, такая история и произошла на кухне мистера Грея.

4. Домашнее задание – параграф 45, повторить параграф 44, заполнить таблицу (Приложение 2)

5. Итоги урока.

Рефлексия и самоанализ урока. (Приложение 3)

МЕДИЦИНСКАЯ ПАРАЗИТОЛОГИЯ

38

4. Выделительная система состоит из 1-2 гигантских клеток (кожных

желез). Функцией выделения обладают также особые фагоцитарные клет-

ки, расположенные по ходу выделительных каналов.

5. Нервная система представлена окологлоточным нервным кольцом

и нервными стволами, из которых наиболее развиты дорзальный и вен-

тральный. Органы чувств развиты слабо.

6. Половая система имеет трубчатое строение. Большинство нематод

раздельнополы. У самцов, как правило, имеется только одна (непарная)

трубка, включающая семенник, семяпровод и семяизвергательный канал,

открывающийся в задний отдел кишечника. У самок половая система пар-

ная, состоит из двух яичников, двух яйцеводов, двух маток, соеди-

няющихся в непарное влагалище, которое открывается наружу на перед-

нем конце тела. Половой диморфизм хорошо выражен. Самцы имеют

меньшие размеры, у большинства задний конец тела закручен на брюш-

ную сторону.

Систематическое положение круглых червей –

возбудителей болезней человека

Тип Nemathelminthes — Круглые черви

Класс Nematoda — Собственно круглые черви

Виды:

Ascaris lumbricoides — аскарида человеческая

Enterobius vermicularis — острица

Trichocephalus trichiurus — власоглав

Trichinella spiralis — трихинелла

4.3. Аскарида человеческая (Ascaris lumbricoides)

На микропрепарате поперечного среза самки аскариды под малым

увеличением микроскопа изучите строение покровов. Тело покрыто ку-

тикулой, она образует четко очерченный слой. Найдите четыре гиподер-

мальных валика, расположенных радиально, мышечные ленты (мышечные

клетки образуют отростки, свешивающиеся в полость тела). Мышечный

слой резко истончается по направлению к центру боковой стороны, там

гиподерма образует валики. Найдите отверстие выделительного канала в

центре валика. Обратите внимание на спинной и брюшной валики гипо-

дермы. Они имеют бокаловидную форму, в них проходят нервные стволы.

Рассмотрите части половой системы, расположенные в полости тела. Они

имеют вид округлых дисков, различного диаметра. Срезы яичников имеют

наименьший диаметр и не имеют просвета в центре.

Яичники заполнены

яйцеклетками треугольной формы. Яйцеводы имеют больший диаметр и про-

Онлайн урок: Круглые черви по предмету Биология 7 класс

Круглые черви, или нематоды — двусторонне-симметричные животные, имеющие вытянутое тело, заостренное с двух концов.

В пищеварительной системе круглых червей различают:

• рот на переднем конце тела
• глотку, часто имеющую разнообразные элементы вооружения типа зубов
• среднюю и заднюю кишку
• анальное отверстие в задней части

Именно у круглых червей в процессе эволюции сформировалась сквозная пищеварительная система, то есть и ротовое анальное отверстие, а не только ротовое отверстие как у плоских червей.

Тело нематод на поперечном разрезе круглое, что достигается благодаря:

• внешней упругой кутикуле
• заполнению первичной полости тела особой жидкостью, находящейся под давлением

Под защитной кутикулой находится слой гиподермы и четыре тяжа продольных мышц, образующих вместе кожно- мускульный мешок.

Между кожно- мускульным мешком и внутренними органами расположена псевдоцель. У псевдоцели нет эпителия.

Нервная система представлена:

• окологлоточным кольцом
• продольными нервными стволами
• слабо выраженными органами осязания и хеморецепции

У круглых червей есть также система выделения и половая система. 

Выделение продуктов жизнедеятельности и газообмен у круглых червей может происходить через поверхность тела.

Большинство круглых червей- раздельнополые животные, у которых выражен половой диморфизм.

Самки обычно несколько крупнее самцов. 

Но есть также примеры видов, у которых вообще нет самок, и все особи делятся на гермафродитов и самцов. Кроме того, среди круглых червей есть и чисто гермафродитные виды.

Для большинства нематод характерно постоянство клеточного состава, т. е. все взрослые черви одного вида состоят из строго определенного количества клеток, которое даже можно подсчитать. 

При этом рост животных осуществляется путем последовательных линек. 

Регенерация для круглых червей не характерна. 

Круглые черви. Аскарида и другие паразиты

Аскариды — довольно крупные, до 40 сантиметров длиной, паразитические черви, относящиеся к типу круглых червей. Они поражают организмы животных и человека вызывают болезнь аскаридоз. Аскарид называют красиво «космополитами» за их повсеместное распространение. Не обнаруживаются эти черви только уж в совсем невыносимых условиях севера и пустынь.

Аскарида человеческая обитает в просвете человеческого кишечника, особенно часто поражая детей, но может мигрировать и внедряться в различные органы. Благодаря телу, заостренному с обоих концов, червь очень подвижен и вездесущ, у него даже отсутствуют органы прикрепления. Подчеркнем, что промежуточного хозяина у этого паразита нет.

Строение и системы органов

1.     Аскаридам присущ половой диморфизм, самец мельче самки в полтора-два раза.

2.     У самца хвостик подогнут к брюшку, как запятая.

3.     Кутикула имеет розоватый цвет, она полупрозрачна, несмотря на многослойность, и способна хорошо защищать червя от переваривания ферментами. Под ней лежит слой клеток гиподермы, почти слившихся друг с другом.

4.     Пищеварительную систему начинают рот, который окружен мощными губами, захватывающими содержимое кишечника хозяина, и глотка. Следующий отрезок — пищевод и средняя кишка, где идет всасывание полезных веществ. Задняя кишка открывается вовне анальным отверстием.

5.     Дыхательной системы нет, поскольку аскарида анаэроб. Гликолиз для нее — основной путь получения энергии.

6.     Выделительная система состоит из лежащей в гиподерме шейной железы, к которой подходит пара слепозамкнутых каналов.

7.     Половая система самки представлена парами яичников, яйцеводов, маток и одиночным влагалищем, которое, что интересно, расположено на брюшке ближе к голове червя. Каждый день самка производит как минимум 200 тысяч яиц.

8.     Самец выглядит скромнее — у него только по одному семеннику, семяпроводу и семяизвергательный канал, который выходит в заднюю кишку.

Цикл развития аскариды человеческой

1.     В жизненном цикле отсутствует необходимость менять хозяев.

2.     Оплодотворение внутреннее.

3.     Яйца созревают в почве, в кислородной среде, внутри них растет личинка в течение 9–30 дней. Следовательно, свежеотложенные яйца для человека не опасны, даже если они попадут в организм, аскаридоз не разовьется.

4.     Достигнув зрелости в почве, яйца становятся инвазионными, — теперь они действительно опасны для хозяина. «Поймать» аскариду несложно: достаточно не помыть фрукты, овощи, руки, напиться зараженной воды, а детям — поиграть в песочнице и потянуть грязные руки в рот.

5.     В кишечнике хозяина вышедшие из яиц личинки обживаются, питаются, проникают сквозь стенки кишечника в кровеносные сосуды, а далее в печень, сердце, легкие…

6.     При поражении легких аскаридами у человека неизбежно развивается кашель. При кашле личинки забрасываются в рот, вновь заглатываются, попадают в тонкий кишечник и там достигают половой зрелости.

7.     Вред аскаридоза не в том, что аскариды питаются пищей человека, а в том, прежде всего, что паразиты выбрасывают в организм токсины. Как результат — изъязвления кишечника и его непроходимость при большом количестве червей.

Как избежать заражения?

1.     Не забывать о правилах гигиены, хорошо мыть руки, овощи и фрукты. Не позволять детям на улице брать в рот пальцы, игрушки, облизывать поручни в транспорте и пр. Чаще всего заражение этими гельминтами происходит в теплое время года.

2.     Бороться с переносчиками яиц, в частности, мухами и прочими насекомыми, накрывать пищу.

3.     Соблюдать санитарные нормы при организации мусорных ям, туалетов, — что, конечно, у нас делается из рук вон плохо.

4.     Заботиться о чистоте водоемов.

5.     При обнаружении аскарид тщательно пролечиваться — так как ими можно заразить всю семью, полового партнера и т. д.

Какие еще паразитирующие круглые черви опасны?

1.     Острица — червь длиной до 10 миллиметров, паразитирующий также исключительно у человека, и очень часто у детей. Живет острица в организме примерно месяц, но за это время можно заразить членов семьи, и заболевание будет ходить по кругу. Яйца паразит откладывает на кожу, в организм человека попадает личинка, защищенная оболочкой. Вернейший признак заражения острицами — зуд по ночам в районе анального отверстия, неспокойный сон и жалобы на дискомфорт у детей.

2.     Трихинелла спиральная — заражает человека при употреблении мяса с личинками, преимущественно свинины, а свиньи заражаются при поедании больных крыс. Внутри человеческого организма из личинок формируются взрослые черви, которые, в свою очередь, рождают живых личинок, проникающих в кровоток и мышечные ткани. В мышцах они инкапсулируются и могут находиться десятки лет.

3.     Ришта, гвинейский или мединский червь — вызывает заболевание дракункулёз, или ришту. Живет червь в подкожной жировой клетчатке ног, распространен в Азии и Африке. Человек — окончательный хозяин, а заражается он при употреблении воды с веслоногими рачками, которые переносят личинки паразита.

4.     Волосатик — получил название по внешнему виду, напоминающему волосок (длина 40 сантиметров и более при ширине не больше 5 миллиметров!). При спаривании черви сбиваются в клубки, называемые «гордиевыми узлами». Волосатики не едят, так как практически утратили рот и переднюю кишку, питаются накопленными в личиночной стадии веществами, — поэтому живут на дольше месяца, но могут надолго превращаться в цисты. Личинки паразитируют на водных насекомых. Волосатик обычно не паразитирует на человеке, но, попав в его организм, ведет себя как ложнопаразит.

5.     Некоторые круглые черви паразитируют на растениях, например, луковичная нематода. 

Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда — ЕГЭ по биологии: онлайн тесты

Человеческая аскарида и другие нематоды-паразиты (острицы, трихинелла) | Биология. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Раздел:

Черви (Плоские, Круглые, Кольчатые)

Место проживания взрослых аскарид (рис. 17.3) кишечник человека. Это большие черви грязно-розового цвета, длина тела самцов достигает 25 см, самок — 45 см. Задний конец тела у самцов загнут крючком, с его помощью они охватывают самку во время оплодотворения. Как и все паразиты, аскариды чрезвычайно плодовиты. Самка за день выделяет до 245 тыс. микроскопических яиц, покрытых прочной оболочкой. Вместе с калом яйца удаляются из тела человека (рис. 17.4) и попадают на почву, а с дождевыми потоками и в водоемы. Там они могут нахо­диться, всегда готовые к развитию, на протяжении 5-6 лет.

С сырой водой, с грязными овощами и фруктами яйца аскариды попа­дают в организм человека. В кишечнике оболочка яйца растворяется, и из него выходит личинка. Однако вот что удивительно: личинки развива­ются только из яиц, пробывших в кислородной среде хотя бы 9-15 дней. Личинка не остается в кишечнике человека, а отправляется в длинные странствия по организму хозяина. Через стенку кровеносных сосудов ки­шечника она попадает в кровь, а с ней — в легкие и бронхи. Это важный промежуточный пункт в путешествии личинки: здесь она в последний раз «вдохнет» кислород. Когда человек кашляет, личинка вместе с мокро­той попадает из бронхов в рот. Человек проглатывает слюну, и личинка, пройдя через желудок, заканчивает странствия в тонком кишечнике. Там она превращается во взрослую аскариду, которая будет жить в бескис­лородной среде, отравляя хозяина отходами своей жизнедеятельности. Материал с сайта http://worldofschool.ru

К нематодам — паразитам человека — относятся острицы. Они жи­вут в толстом кишечнике, питаясь бактериями. Чтобы яйца «вдохнули кислород», острицы выползают и откладывают их вокруг анального от­верстия. Человек из-за зуда начинает расчесывать эти участки кожи. Так яйца остриц попадают на руки, под ногти и дальше — в рот.

Очень опасным паразитом является трихинелла. Эта нематода по­селяется в мышцах человека, свиней и крыс. Зараженные мышцы со­держат пропитанные известью капсулы с трихинеллами, свернутыми клубочком. Если съесть такое мясо, капсулы попадут в кишечник. Там они растворяются, а личинки быстро растут и через двое суток начина­ют размножаться. Самка трихинеллы рождает около 2 тыс. личинок, они продырявливают стенки кишечника и с кровью попадают в мышцы хозяина. Человек может стать промежуточным хозяином и для аскарид, живущих в организмах кошек, собак.

• Реферат острицы

• Человеческая аскарида конспект

• Человеческая аскарида доклад

• Биологии 7 класс схема паразит человеч 1 оскарида 2 острица

• Жизненный цикл аскариды. зоология

• Каким образом происходит заражение человека аскаридами?

• Какой жизненный цикл характерен для остриц?

CDC — Аскаридоз — Биология

Возбудители

Аскариды — очень крупные (взрослые самки: от 20 до 35 см; взрослые самцы: от 15 до 30 см) нематоды (круглые черви), паразитирующие в кишечнике человека. A. lumbricoides является основным видом, вызывающим инфицирование человека во всем мире, но Ascaris , полученное от свиней (часто обозначаемое как A. suum ), также может инфицировать людей. Эти два паразита очень тесно связаны между собой, и были идентифицированы гибриды; таким образом, их статус как отдельных, репродуктивно изолированных видов является спорной темой.

Жизненный цикл:

Взрослые черви живут в просвете тонкой кишки. Самка может производить около 200 000 яиц в день, которые выводятся с фекалиями. Неоплодотворенные яйца можно проглотить, но они не заразны. Инфекция личинок в оплодотворенных яйцах развивается от 18 дней до нескольких недель, в зависимости от условий окружающей среды (оптимально: влажная, теплая, затененная почва). После проглатывания инфекционных яиц личинки вылупляются, проникают в слизистую кишечника и переносятся через портал, а затем через системный кровоток в легкие.Далее личинки созревают в легких (от 10 до 14 дней), проникают через альвеолярные стенки, поднимаются по бронхиальному дереву к глотке и проглатываются. Достигнув тонкой кишки, они превращаются во взрослых червей. От приема инфекционных яиц до их откладки взрослой самкой требуется от 2 до 3 месяцев. Взрослые черви могут жить от 1 до 2 лет.

Хосты

Люди и свиньи являются основными хозяевами аскарид ; см. «Возбудители» для обсуждения видового статуса Ascaris от обоих хозяев.Естественные инфекции, вызванные возбудителем A. lumbricoides , иногда встречаются у обезьян и приматов.

Иногда встречается Ascaris sp. яйца могут быть обнаружены в фекалиях собак. Это указывает не на истинную инфекцию, а на ложное отхождение яиц после копрофагии.

Географическое распространение

Аскаридоз — самая распространенная во всем мире гельминтозная инфекция. Бремя является самым высоким в тропических и субтропических регионах, особенно в районах с неадекватной санитарией. Эта инфекция, как правило, встречается редко или отсутствует в развитых странах, но спорадические случаи могут возникать в сельских бедных регионах этих стран.Некоторые случаи в этих районах, где передача от человека незначительна, имеют прямую эпидемиологическую связь со свинофермами.

Клиническая презентация

Хотя тяжелые инфекции у детей могут вызывать задержку роста из-за недоедания, взрослые черви обычно не вызывают острых симптомов. Большое количество гельминтов может вызвать боль в животе, непроходимость кишечника и потенциально перфорацию при инфекциях очень высокой интенсивности. Мигрирующие взрослые черви могут вызывать симптоматическую окклюзию желчных путей, аппендицит или носоглотку, особенно при инфекциях с участием одного женского гельминта.

Ascaris — обзор | Темы ScienceDirect

Ландшафтная генетика как средство определения передачи

Для эффективного контроля Ascaris потребуется детальное знание распространения паразитов для полной оценки моделей передачи среди отдельных человеческих хозяев. Однако степень распространения паразитов трудно определить с помощью данных, основанных исключительно на интенсивности заражения (т. Е. Количестве червей на инфицированного хозяина или суррогата, такого как яйца на грамм фекалий).Это связано с тем, что прямое наблюдение за потомством паразита, покидающим одного хозяина и впоследствии заражающим того же или нового хозяина, практически невозможно. ³¹ Таким образом, хотя данные об интенсивности необходимы для изучения факторов, объясняющих различия в распределении паразитов среди отдельных хозяев, ³² они мало что дают для ответа на вопрос о том, где человек заразился (т. Е. Существуют ли разные очаги заражения). инфекции в отдельной человеческой популяции).

Идентификация подразделения популяции с помощью анализа популяционной генетики на основе мультилокусных генотипических данных предоставляет мощные средства для вывода о распределении макропаразитов среди подразделенных единиц, таких как особи или группы хозяев (например,грамм. домохозяйства). ^33–36 При использовании генетических данных для вывода о передаче между отдельными хозяевами единицей выборки должна быть стадия паразита, заражающая этого хозяина. ⁶ В случае Ascaris взрослые черви будут генотипированы от человека-хозяина. Если, например, было использовано яиц аскарид, изгнанных от человека, то показатели генетической дифференциации могут быть завышены из-за возможного отбора образцов паразитов-братьев и сестер. Я отсылаю читателей к Steinauer и его коллегам ³⁷ для более подробного обсуждения этого типа выборки.Дополнительное понимание того, что контролирует процесс передачи, можно получить, используя подходы ландшафтной генетической статистики, чтобы проверить, коррелируют ли эпидемиологические переменные с наблюдаемой генетической структурой паразита. Пейзажная генетика — это мультидисциплинарная область, которая включает пространственную статистику, ландшафтную экологию и популяционную генетику для оценки роли ландшафтных переменных (например, высоты, почвенного покрова) в формировании генетической дифференциации между популяциями. ³⁸ В этом отношении ландшафтная генетика преследует параллельные цели с областью пространственной эпидемиологии, которая исследует корреляты пространственных вариаций в моделях интенсивности инфекции. ³⁹ Поскольку ландшафтная генетика все еще является развивающейся областью, в которой изучаются несколько методологий, я отсылаю читателей к специальному выпуску Molecular Ecology , в котором эта область освещается более подробно. ⁴⁰ Здесь я демонстрирую применение ландшафтной генетики к эпидемиологии A. lumbricoides из эндемичной популяции в Джири, Непал. ⁴¹

Цели исследования Criscione и его коллег ⁴¹ заключались в том, чтобы определить, существует ли более одного источника инфекции (т.е. очаги инфекции) и, если да, изучить эпидемиологические переменные, которые могут коррелировать с этими очагами. Если происходит сильное смешивание и распространение паразитов в человеческой популяции, то паразиты будут иметь панмиктическую популяционную структуру. Таким образом, люди будут эффективно заражаться инфекциями от общей популяции паразитов (то есть от единого источника инфекции). Напротив, повторная передача, которая локализуется в определенных очагах в человеческой популяции, ограничит смешение паразитов, что приведет к генетической дифференциации паразитов в пределах одной человеческой популяции.Таким образом, обнаружение множественных генетических кластеров паразитов является признаком того, что могут быть множественные очаги инфекции (см. Рис. 1 в Criscione et al., ⁴¹ ). Взрослые особи A. lumbricoides были собраны у 320 человек из 165 домашних хозяйств, которые занимали территорию примерно 14 км ² . В дополнение к пространственной выборке для некоторых районов села были взяты две временные выборки (с интервалом ~ 3 года, то есть в общей сложности 211 выборок по годам). По логистическим причинам временная выборка была разнесена для трех регионов Иржи, так что одна группа домов была взята в 1998 и 2001 годах, вторая группа — в 1999 и 2002 годах, а третья — в 2000 и 2003 годах.Как указано ниже, время сбора объясняет менее 1% вариации генетической структуры популяции паразитов. ⁴¹ Всего было генотипировано 1094 круглых червя по 23 аутосомным микросателлитным маркерам. ¹⁰ Байесовская кластеризация на основе модели (реализованная в структуре программы ²³ ) использовалась для анализа генотипов мультилокусных паразитов, чтобы определить, существует ли основная генетическая структура среди выбранных червей. Важно отметить, что в этот анализ не была включена (и не требовалась) никакая предварительная пространственная или временная информация.

Была сильная поддержка генетического структурирования в локальном масштабе с идентифицированными 13 генетическими кластерами паразитов. Результаты анализа кластеризации популяции были впоследствии включены в непараметрический многомерный дисперсионный анализ ^42,43 для выяснения пространственных, географических или эпидемиологических особенностей, связанных с распределением генетической изменчивости среди отобранных червей. Этот анализ предоставил новый подход к интеграции результатов генетической привязки индивидуума с последующим статистическим анализом. ⁴¹ Независимые переменные включали вложенный дизайн (домохозяйство и хозяева вложены в домохозяйство) и восемь ковариат: возраст хозяина, пол хозяина, плотность хозяев (количество людей, живущих в доме), высота над уровнем моря, географическое расстояние между домохозяйствами (широта – долгота вместе), интенсивность инфекции, пол паразита и время сбора. Когда переменные анализировались независимо, домохозяйство объяснило> 63% вариации генетического структурирования, тогда как каждая ковариата всегда составляла <15%.Когда вложенный дизайн был обусловлен восемью ковариатами (то есть сначала учитывалась дисперсия из-за ковариат), вклад домохозяйства все еще был высоким и объяснялся> 36%. Напротив, ни одна из восьми ковариат не была значимой после учета вложенного дизайна. Интересно, что время не оказало влияния на лежащую в основе генетическую структуру даже при попарном сравнении между периодами времени для 18 домохозяйств с достаточным размером выборки для тестирования. ⁴¹ Более того, пространственный автокорреляционный анализ показал, что паразиты между домохозяйствами в пределах 540 м были генетически более похожими, чем ожидалось случайно.Генетическая дифференциация, измеренная как F _CT (иерархическая F — статистика домохозяйства к общему количеству), составила 0,023 и была высокозначимой ( p <0,0001) ⁴¹ .

Эти результаты ⁴¹ выявили три ключевых понимания передачи A. lumbricoides в Иржи: были отдельные очаги передачи в этом локальном масштабе, домашние хозяйства и близлежащие дома были общими генетически связанными паразитами, и люди повторно приобрели своих червей от тех же самых источник инфекции с течением времени.Эти результаты ставят под сомнение догму о том, что единое человеческое сообщество будет соответствовать однородной популяции паразитов (подразумевается во многих классических моделях передачи паразитов ^44,45 , которые измеряют одно базовое репродуктивное число, R ₀ ). В Иржи при моделировании передачи паразита необходимо учитывать несколько источников инфекции. Таким образом, при использовании моделей для оценки стратегий контроля в Иржи, было бы более целесообразно рассмотреть включение популяций паразитов, которые существуют в взаимосвязанной сети, т.е.е. метапопуляция. ⁴⁶

Хотя я подчеркивал, как популяционная генетика может быть использована для выяснения моделей передачи, я отмечаю, что я не рассматриваю ландшафтную генетику как панацею для эпидемиологических целей в целом, и я не рассматриваю генетические данные как замену данным об интенсивности инфекции. . Скорее, я рассматриваю два типа данных как предоставляющие разную, но дополняющую информацию о процессе передачи. Например, Уокер и его коллеги ³² обнаружили, что в Бангладеш возраст и пол хозяина частично объясняют различия в количестве червей.Напротив, возраст и пол хозяина не коррелировали с тем, как генетическая изменчивость червя была разделена в Джири, Непал. ⁴¹ Я понимаю, что данные двух исследований нельзя напрямую сравнивать, поскольку они были получены из разных мест, но дело в том, что для полного объяснения процесса передачи необходимы как интенсивность паразитов, так и генетические данные. Таким образом, в этом гипотетическом сравнении, хотя пол может объяснить различия в количестве червей в домохозяйстве (женщины имеют более высокую интенсивность, возможно, из-за перидомицилиарного поведения, которое увеличивает экспозицию ³² ), мужчины и женщины по-прежнему получают своих червей из одного и того же источника. инфекционное заболевание.Наконец, следует отметить, что закономерности в Джири не могут быть экстраполированы на другие места, поскольку различия в человеческом поведении, топографии и внешних условиях окружающей среды могут изменить характер передачи. Например, совместное использование человеческих фекалий в качестве удобрений может способствовать распространению паразитов, тем самым создавая единый источник паразитов. Таким образом, предположение о едином инфекционном пуле паразитов необходимо будет проверить для каждой представляющей интерес популяции, и, как свидетельствует исследование в Jiri, ⁴¹ , даже в очень локальных масштабах.

Структурная основа иммуномодулирующей функции ингибитора цистеиновой протеазы из аскариды человека Ascaris lumbricoides

Abstract

Иммуносупрессия, связанная с инфекциями нематодных паразитов, была задокументирована. Ингибитор цистеиновой протеазы (CPI), выделяемый паразитами-нематодами, считается одним из основных модуляторов иммунного ответа хозяина. В этом отчете мы продемонстрировали, что рекомбинантный белок CPI Ascaris lumbricoides (Al-CPI) сильно ингибировал активность катепсина L, C, S и показал более слабый эффект на катепсин B.Кристаллическая структура Al-CPI определена с разрешением 2,1 Å. Два сегмента Al-CPI, петля 1 и петля 2, были предложены в качестве ключевых структурных мотивов, ответственных за связывание Al-CPI с протеазами и его ингибирующую активность. Мутации в петле 1 и петле 2 отменяли активность ингибирования протеазы в различной степени. Эти результаты обеспечивают молекулярное понимание взаимодействия между паразитом-нематодой и его хозяином и будут способствовать разработке антигельминтных средств или разработке лекарств от аутоиммунных заболеваний.

Образец цитирования: Mei G, Dong J, Li Z, Liu S, Liu Y, Sun M и др. (2014) Структурные основы иммуномодулирующей функции ингибитора цистеиновой протеазы от круглого червя человека Ascaris lumbricoides . PLoS ONE 9 (4): e96069. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0096069

Редактор: Шеннон Винг-Нгор Ау, ​​Китайский университет Гонконга, Китай

Поступила: 14 декабря 2013 г .; Принята к печати: 3 апреля 2014 г .; Опубликовано: 29 апреля 2014 г.

Авторские права: © 2014 Mei et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Эта работа была частично поддержана грантами Национального фонда естественных наук Китая (30872370) для SZ и проекта «Сто талантов» Китайской академии наук для JL. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Паразитарные инфекции нематод, которые широко распространены во многих частях мира, вызывают серьезные проблемы со здоровьем [1]. Инфекции этих паразитов часто характеризуются хроническим и бессимптомным течением из-за иммуносупрессии, вызываемой паразитами у хозяев [2]. Иммуносупрессия, вызванная нематодами, также проявляется как защита от аутоиммунных и аллергических заболеваний [3], [4].Человеческая желудочно-кишечная нематода Ascaris lumbricoides поражает до 1,5 миллиарда человек во всем мире и вызывает недоедание, задержку роста, снижение физической формы и снижение трудоспособности у инфицированных людей. Как и другие паразиты нематоды, инфекция A. lumbricoides , как было показано, модулирует иммунные ответы хозяев на инфекции, вызванные неродственными патогенами, снижает частоту астмы и снижает реактивность кожных проб на аллергены и клещей домашней пыли [3] — [6 ].Недавнее исследование показало, что псевдоциеломная жидкость A. lumbricoides модулирует фенотип дендритных клеток и их функцию [7]. Поэтому экстракты паразитарных нематод были предложены в качестве потенциальных терапевтических агентов для лечения аутоиммунных нарушений и аллергических заболеваний [8], [9].

Ингибиторы цистеиновых протеаз (CPI; цистатины) нематод, как было обнаружено, играют важную роль в модуляции иммунитета хозяина [10] — [12]. Цистатины представляют собой группу ингибиторов цистеиновых протеаз, которые обратимо связываются с цистеиновыми протеазами и регулируют их протеолитическую активность.Преобладающими протеазами-мишенями для цистатина являются C1 (папаин-подобная цистеинпептидаза) и семейство C13 (легумаин). CPI паразитов могут модулировать протеазозависимые функции иммунных клеток хозяина. Ряд катепсинов (версия цистеиновых протеаз семейства C1 у млекопитающих) был идентифицирован как важные протеазы, опосредующие иммунные ответы, такие как протеолитическая деградация инвариантной цепи, которая регулирует внутриклеточный транспорт молекулы MHC-II, процессинг антигена и расщепление внутриклеточного домена. Toll-подобного рецептора (TLR) -9 [13] — [15].Ингибирование этих цистеиновых протеаз может подавлять активацию дендритных клеток и препятствовать образованию пептидного комплекса MHC-II-антиген, что приводит к нарушению способности антигенпрезентирующей клетки активировать Т-клетки CD4 ⁺ и иммунные ответы.

Члены суперсемейства цистатина подразделяются на три типа в зависимости от их аминокислотных последовательностей и положения дисульфидной связи (ей). Цистатин 1 типа (стефины) содержит одиночный домен 11 кДа без сигнального пептида и дисульфидной связи.Цистатин типа 2 с молекулярной массой около 13 кДа представляет собой однодоменный белок, секретируемый во внеклеточную область, и имеет две консервативные внутримолекулярные дисульфидные связи. Цистатин 3 типа (кининоген) состоит из трех доменов типа 2 [16] — [19]. После первого выяснения структуры цистатина куриного яичного белка (CEW) типа 2 Вольфрамом Боде [20], многие другие структуры цистатинов были определены с помощью рентгеновской кристаллографии или ЯМР, включая человеческий цистатин AD, F [21] — [ 26], а также цистатины простейших паразитов и мягких клещей [27], [28].Структурно типичная цистатиновая складка содержит пятицепочечный антипараллельный β-лист, обернутый вокруг α-спирали.

Хотя CPI многих видов нематод были тщательно изучены на предмет их роли в индукции иммуносупрессии, структурные особенности этой группы иммуномодулирующих белков остаются в значительной степени неизвестными. В этом исследовании мы обнаружили, что рекомбинантный Al-CPI сильно ингибировал протеолитическую активность катепсинов. Затем мы проанализировали структуру A. lumbricoides CPI (Al-CPI).Мы определили критические сегменты молекулы Al-CPI, которые могут участвовать во взаимодействии между Al-CPI и его протеазами-мишенями. Исследование мутагенеза также подтвердило, что эти сегменты ответственны за ингибирование активности цистеиновой протеазы.

Материалы и методы

Заявление о соблюдении этических норм

Взрослые особи A. lumbricoides были собраны у пациентов в деревне в провинции Юньнань, Китай, после письменного информированного согласия. Протоколы исследования были одобрены институциональным комитетом по этике исследований на людях Института биомедицины и здравоохранения Гуанчжоу Китайской академии наук.

Молекулярное клонирование, экспрессия и очистка Al-CPI

Для клонирования кДНК Al-CPI общую РНК выделяли из взрослых червей и получали двухцепочечную кДНК с помощью ОТ-ПЦР с использованием случайных праймеров и системы обратной транскрипции (Promega, Madison, WI). Фрагмент гена, кодирующего Al-CPI, амплифицировали с помощью ПЦР из кДНК с праймерами 5′-CCGGAATTCGAAAACCTGTATTTTCAGGGCCAAGTAGGAGTTCCTGGTGGTTTC-3’и 5′-ACGCGTCGACTTATGCAGATTTGCATGTCT-3 ‘. Смысловой и антисмысловой праймеры были сконструированы на основе последовательностей, консервативных в цистатинах, ранее описанных для Nippostrongylus brasiliensis, Onchocerca volvulus, Brugia malayi, Haemonchus contortus и Caenorhabditis elegans в GenBank и Heligmosomoides polygyrus [28].Праймеры для 3 ‘и 5’ RACE были синтезированы, и полноразмерная кДНК Al-CPI была получена стандартными протоколами RACE. Полноразмерный ген Al-CPI (номер доступа в GenBank HQ404231) был сконструирован в векторе pET32a, а затем трансформирован в Origami (Novagen, Madison, WI). Клетки выращивали в среде Лурия-Бертани (LB), содержащей 100 мг / мл канамицина и ампициллина до A ₆₀₀ = 0,6–0,8 при 37 ° C в течение ~ 3 часов. Затем клетки делили на две части и культивировали при 20 ° C в течение 20 часов после индукции 1 мМ изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозидом (IPTG).Клетки собирали центрифугированием при 6000 об / мин в течение 15 мин и замораживали при -80 ° C. Белок Al-CPI очищали с использованием никелевой аффинной колонки с промывочным буфером A (200 мМ NaCl, 20 мМ Трис, pH 7,5), а затем элюирующим буфером B (200 мМ NaCl, 250 мМ имидазол, 20 мМ Трис, pH 7,5), а затем протеазой TEV. расщепление в буфере для диализа (100 мМ NaCl, 20 мМ Трис, pH 7,5). Al-CPI дополнительно очищали с помощью эксклюзионной хроматографии с использованием колонки HiLoad ™ 16/60 Superdex ™ 75 (GE Healthcare, Уппсала, Швеция) с пиковым объемом элюирования 83 мл, соответствующим мономерной форме Al-CPI.Экспрессия, очистка и кристаллизация рекомбинантного белка Al-CPI были подробно описаны в нашем предыдущем отчете [29]. Стратегию мутагенеза на основе ПЦР использовали для создания мутантов Al-CPI, и были заменены специфические остатки, которые, как предполагается, имеют решающее значение для связывания с протеазами. Мутанты Al-CPI были сконструированы в векторе pET32a и трансформированы в Origami. Мутантные белки экспрессировали и очищали аналогично Al-CPI дикого типа.

Измерение катепсиновой активности Al-CPI

Ингибирующая активность рекомбинантного Al-CPI и мутантных белков определялась с помощью анализов протеазной активности с использованием специфических флуорогенных субстратов [30].Катепсин В и С были приобретены у Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури), а катепсины L и S были получены у Calbiochem (Ла-Хойя, Калифорния) и Enzo (Нью-Йорк, Нью-Йорк), соответственно. Флуорогенные субстраты для катепсина B (Z-Arg-Arg-AMC) и катепсина C (Gly-Phe β-нафтиламид) были получены от Sigma-Aldrich и Santa Cruz Biotechnology (Санта-Крус, Калифорния) соответственно. Субстраты для катепсина L (Z-Phe-Arg-AMC) и катепсина S (Z-Val-Val-Arg-AMC) были от Calbiochem и Enzo Life Sciences (Плимут, Пенсильвания), соответственно.Для измерения ингибирующей активности Al-CPI катепсины инкубировали с субстратами в отсутствие или в присутствии серийно разведенного Al-CPI в соответствующем буфере в течение 15 мин. Реакцию останавливали останавливающим буфером. Количество продукта измеряли флуорометрически при возбуждении при 360 нм и испускании при 460 нм. Ингибирующая активность Al-CPI выражалась как процент от общей активности, обнаруженной в реакциях без Al-CPI. Половинную максимальную ингибирующую концентрацию (IC ₅₀ ) Al-CPI и его мутантов, основанную на начальных скоростях реакции, определяли с помощью нелинейного регрессионного анализа.

Кристаллизация и сбор рентгеновских данных

Мономерную форму Al-CPI, элюированную из колонки для исключения размера, использовали для скрининга кристаллизации. Концентрацию белка определяли с помощью набора для анализа белков Bio-Rad (Bio-Rad, Hercules, CA). Кристаллы получали из 0,2 М тригидрата ацетата натрия, 0,1 М тригидрата какодилата натрия, pH 6,5, и 30% мас. / Об. Полиэтиленгликоля 8000 (от Crystal Screen HT). Кристаллы выращивали методом диффузии паров сидя-капельки и микрозасеванием.Для сбора данных кристаллы замачивали в резервуарной жидкости с добавлением 20% глицерина в качестве криозащитного средства. Данные рентгеновской дифракции были собраны с разрешением 2,1 Å с помощью собственной системы Oxford Diffraction Gemini R Ultra (Оксфорд, Англия) и линии пучка 17U Шанхайской установки синхротронного излучения. Дифракционные изображения были проиндексированы и интегрированы с помощью Mosflm [31] и масштабированы с помощью SCALA из CCP4 [32]. Кристаллы принадлежали к пространственной группе P1. Параметры элементарной ячейки приведены в таблице 1.

Определение и уточнение структуры