Группа по изучению паразитарной системы в антропогенном ландшафте: клещи Ixodes—патогены различной природы

Публикации группы

Направление работы группы определяют:

• Биоценологические основы сравнительной паразитологии В.Н. Беклемишева,
• Основы экологической паразитологии, разработанной В.А. Догелем,
• Учение о природной очаговости инфекционных болезней, разработанное Е.Н. Павловским.

Группа состоит из 2 ведущих научных сотрудников, 2 аспирантов и 2-3 временных сезонных лаборантов и, периодически, сотрудники других научных и практических учреждений России.

Руководитель группы – доктор мед. наук, проф. А.Н. Алексеев.

Основная цель исследования группы:

определение принципов существования системы переносчик — возбудитель (возбудители ) в меняющихся под влиянием антропогенных воздействий условиях внешней среды.

Взаимодействие паразитов (в данном случае – патогенов человека), гетерогенность популяций хозяев – носителей и переносчиков возбудителей болезней (иксодовых клещей), меняющиеся экологические условия существования системы паразит—переносчик и биологические маркеры инфекционных болезней являются объектом изучения сотрудников группы начиная с 1992 г.

Задачи:

1. исследование биоразнообразия патогенов в клещах рода Ixodes, переносчиков болезней на территории России;
2. исследование генотипического разнообразия иксодовых клещей (маркер - энзим малатдегидрогеназа);
3. исследование фенотипического разнообразия, возникающего под влиянием антропогенного пресса;
4. изучение внутрипопуляционного разнообразия, определяющего векторную способность клещей-переносчиков;
5. исследование функционирования паразитарной системы (клещ—патоген) под влиянием абиотических и биотических факторов.

Исследования проводятся в природных очагах инфекционных болезней в окрестностях мегаполиса Санкт-Петербурга, в природном заповеднике Куршская коса Калининградской области и ряде других регионов нашей страны (Великий Новгород, Вологда и др.) и за рубежом (Дания). Сходство большинства из этих территорий – их расположение в северо-западном регионе, основные различия, помимо климатических, - существование изолированных друг от друга, аллопатрических популяций клещей рода Ixodes: Ixodes persulcatus и Ixodes ricinus.

I. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СРЕДЫ

Места проведения мониторинга: сбор таежных клещей Ixodes persulcatus (1992-2002 гг.) –

лесной массив Морская—Лисий Нос, городская черта Санкт-Петербурга, рекреационная зона, интенсивно посещаемая горожанами, сбор лесных клещей Ixodes ricinus (1996-2002 гг.) заповедник на Куршской косе (Калининградская область). Обе точки проведения исследований - места устойчивых очагов клещевого энцефалита, боррелиоза и эрлихиоза.

Сбор клещей в природе на флаг.

В течение 4-х лет каждый сбор продолжался в течение суток. Параллельно учитывали данные абиотических факторов: температура и влажность на 3-х уровнях – воздуха (1.5 м над поверхностью почвы), поверхности почвы и подстилки на глубине (0.01-0.015 м).

В течение 2-х лет определяли освещенность поверхности почвы и на высоте 1.5 м над поверхностью.

Полученные данные показали, что ведущим фактором, определяющим появление таежных клещей из подстилки, является перепад температур между поверхностью почвы и подстилкой (табл. 1).

Таблица 1. Корреляционная матрица встречаемости клещей Ixodes persulcatus

Разбор клещей в лаборатории по фазам развития, по полу и по наличию аномалий экзоскелета.

Клещей содержали в пробирках дифференцированной влажности. Через 24-48 ч после сбора клещей помещали на клещедром (прибор, разработанный проф. А.Н. Алексеевым), для получения данных о их двигательной активности.

Затем клещей вскрывали и обрабатывали для получения данных по зараженности их разными патогенами и принадлежность к разным генотипам.

Индекс двигательной активности (ИДА или LAI) рассчитывали на основании данных, полученных при расчете треков движения клещей на клещедроме, по формуле, разработанной проф. А.Н. Алексеевым (Alekseev, 1996; Алексеев, Буренкова, Васильева и др., 1996):

LAI (ИДА) = s/s' + h/h' + wa + wb – m/m” – f/f

 где:

s – скорость (см/мин);

s’ – 1 см/мин;

h – максимальная высота подъема по полосе клещедрома (см);

h’ – 1 см;

wa – доля пути движения вверх;

wb – доля движения над градиентом влажности;

m – число поворотов к общей длине пути;

m’ – 1 поворот к общей длине пути;

f – число падений на или с клещедрома;

f’ – 1 падение на или с клещедрома (Alekseev, Jensen, Dubinina et al., 2000).

Каждую особь индивидуально изучали следующими методами:

• вскрытия для подготовки материала для различных методов исследования, а также определения возможного заражения многоклеточными паразитами (нематоды, личинки паразитических насекомых);
• темнопольной микроскопии для обнаружения и подсчета живых спирохет,
• гельэлектрофореза для определения электрофоретипов;
• ИФА (иммуноферментный анализ) для определения наличия вируса КЭ и Borrelia;
• ПЦР (полимеразная цепная реакция) для определения видов рода Borrelia, Ehrlichia, бабезий и вируса КЭ.

II. ФЕНОТИПИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ КЛЕЩЕЙ КАК СЛЕДСТВИЕ АНТРОПОГЕННОГО ПРЕССА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В КАЧЕСТВЕ МАРКЕРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ

Типы аномалий экзоскелета самок таежного клеща Ixodes persulcatus, появляющиеся под воздействием загрязнения окружающей среды, главным образом ионами тяжелых металлов, разнообразны. Стрелками указаны места аномалий. Наиболее часты изменения спинного щитка (97.8% патологий).

Встречаемость аномалии клещей Ixodes, выявленные на антропогенно загрязненных территориях, позволяет подразделять популяции клещей на 2 части, различающиеся по их векторной способности, т.е. по опасности для человека.

Зараженные боррелиями клещи с аномалиями экзоскелета более активны, чаще нападают на человека, среди них наблюдается больший процент зараженных клещей, к тому же больший процент смешанных инфекций.

Распространение аномалий у клещей позволяет судить о загрязненности территорий не только в момент исследования, но и в динамике. Десятилетние наблюдения в окрестностях Санкт-Петербурга показали снижение антропогенного пресса в 1992-1995 гг. и рост его, начиная с 1998 г. по настоящее время.

III. ГЕНОТИПИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ПОПУЛЯЦИИ IXODES PERSULCATUS

Энергетические ресурсы особей определяют их способность к выживанию, получению, сохранению и передаче возбудителей болезней. Эти ресурсы определяются их генотипическими различиями, определяемыми ферментами цикла Кребса, по одному из которых – малатдегидрогеназе (MDH) произведена идентификация клещей в исследуемом очаге.

Сканированные MDH электрофоретипы представлены на рисунке.

Представлено 3 генотипа из 6, обнаруженных у клещей рода Ixodes.

В популяции преобладают генотипы 1-ой геногруппы.

Разные регионы отличаются разнообразием генотипов у одного и того же вида переносчика, что, возможно, определяет различия их способности в передаче разных возбудителей.

IV. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БОЛЕЗНЕЙ ЧЕЛОВЕКА, ПЕРЕДАВАЕМЫХ КЛЕЩАМИ РОДА IXODES

Патогены, обнаруженные авторами в клещах рода Ixodes:

Вирусы: западного (TBE) и восточного (RSSE) клещевых энцефалитов.

Бактериальные инфекции: Возбудители боррелиозов: Borrelia afzelii, Borrelia garinii, Borrelia burgdorferi sensu stricto (впервые в России в клещах из природы). Возбудители эрлихиозов: Ehrlichia muris (возбудитель моноцитарного эрлихиоза - МЭЧ) и агент-возбудитель гранулоцитарного эрлихиоза (ГЭЧ) в сборах клещей с растительности (впервые в России) и с перелетных птиц (впервые в мировой науке). Возбудитель бабезиоза: Babesia sp.

Возбудитель филяриоза жвачных: Нематода рода Dipetalonema (впервые в таежных клещах Ixodes persulcatus).

V. ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ КЛЕЩЕЙ IXODES PERSULCATUS И ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ЗАРАЖЕННОЙ ЕЕ ЧАСТИ

Распределение боррелий среди генотипически различающихся клещей сходно с таковым у незараженной части популяции (1). Паразиты с внутриклеточной фазой развития (2) встречаются в подавляющем числе случаев среди особей 1-ой геногруппы.

Клещи 1-ой геногруппы, обладатели 1-й, молекулярно наиболее тяжелой аллели фермента малатдегидрогеназы, будучи заражены боррелиями, обладают повышенной локомоторной активностью, что, как показали дальнейшие исследования, обусловливают их большую эпидемиологическую опасность.

Принадлежность к 1-ой геногруппе обусловливает наибольшую опасность нападения зараженных клещей на человека именно в дневное время в наиболее опасный период сезона (апрель – май).

VI. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ. ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ ЗАРАЖЕННЫХ КЛЕЩЕЙ С АНОМАЛИЯМИ ЭКЗОСКЕЛЕТА.

Большинство аномальных клещей принадлежит к 1-ой геногруппе. Совокупность свойств аномальных клещей 1-ой геногруппы, обладающих повышенной двигательной активностью, коррелирует с заболеваемостью клещевым боррелиозом, как на протяжении ряда лет наблюдений, так и в течение сезона активности переносчиков.

Обнаружена корреляция между заболеваемостью боррелиозом и экстенсивностью заражения аномальных самок Ixodes persulcatus боррелиями в окрестностях Санкт-Петербурга (1992-2000 гг.).

Установлено, что заболеваемость в течение сезона в очаге боррелиоза зависит от числа самок Ixodes persulcatus, зараженных патогенными боррелиями (определяемых методом ПЦР), и от их локомоторной активности.

VII. СОЗДАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ

Созданная авторами модель позволила выявить корреляции между разными свойствами представителей популяции Ixodes persulcatus (наличие аномалий, принадлежность к определенному генотипу, зараженность и т.д.) и их двигательной активностью, от которой, как показано выше, зависит заболеваемость в сезоне.

Модель позволяет прогнозировать изменения двигательной активности клещей в следующем сезоне и его вероятную эпидопасность (см. табл.).

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ:

• Приоритет в выявлении ранее неизвестных на территории северо-запада Европы (Россия, Дания) патогенов, связанных с клещами.
• Первое обнаружение переноса мигрирующими птицами возбудителей эрлихиоза человека совместно с другими патогенами.
• Выявление широкого распространения множественных инфекций в популяциях клещей рода Ixodes и их связи с гено- и фенотипическим разнообразием на разных территориях.
• Формулировка концепции функционирования паразитарной системы под влиянием различных биотических и абиотических факторов с выявлением роли синергизма и антагонизма различных возбудителей в организме переносчиков.
• Проведение исследований оказалось возможным благодаря грантам РФФИ, Международного фонда Сороса и гранту Российско-Датского соглашения, которые позволили неоднократно докладывать научные результаты исследований на отечественных и международных форумах (около 60 докладов) и опубликовать более 100 статей и 2 монографий.