Madame Lelica

UNIVERSITY PARK, Pa. – En svampeparasit, der inficerer myrer og manipulerer deres opførsel for at gavne svampens reproduktion opnår denne bedrift uden at inficere myrernes hjerner, ifølge en undersøgelse ledet af Penn State forskere.,

i Stedet, Ophiocordyceps unilateralis sensu lato — et kompleks af arter, der undertiden kaldes “zombie ant svamp” — omgiver og invaderer muskelfibre hele ant ‘ s krop, og svampe celler danner en 3-D-netværket, der kan sætte dem i stand til i fællesskab kontrol vært adfærd, siger forskerne.

tidligere forskning viste, at denne artsspecifikke parasit styrer tømrermyrearbejderes adfærd og tvinger dem til at klatre vegetation og bide ind i undersiden af blade eller kviste, hvor de dør., Når svampen vokser i myrens kadaver, producerer den en stilk, der stikker ud fra myrens hoved og udleder infektiøse sporer på jorden nedenfor, hvor de kan inficere andre fodermyrer.,

“for bedre At forstå, hvordan disse mikrobielle parasitter kontrol dyrs adfærd, vi kiggede på celle-niveau interaktioner mellem parasitten og dens tømrer-ant vært på et afgørende tidspunkt i parasittens livscyklus — når de manipulerede vært løser sig permanent på vegetationen af dets kæber,” siger ledende forfatter Maridel Fredericksen, tidligere master ‘ s degree-studerende i entomologi ved Penn State, nu ph.d. – studerende ved Universitetet i Basel Zoologisk Institut, Schweiz.,

“svampen er kendt for at udskille vævsspecifikke metabolitter og forårsage ændringer i værtsgenekspression såvel som atrofi i mandibelmusklerne i dens myrvært,” sagde hun. “Den ændrede værtsadfærd er en udvidet fænotype af den mikrobielle PARASITs gener, der udtrykkes gennem kroppen af dens vært. Men det er ukendt, hvordan svampen koordinerer disse effekter for at manipulere værtens adfærd.”

for at undersøge dette inficerede forskerteamet myrer med enten O. unilateralis S. l., eller med en generalist svampe-patogen, Beauveria bassiana, at skelne mellem bivirkninger, der er fælles for patogene svampe fra dem, der er specifikke for O. unilateralis s.l.

ved Hjælp af seriel blok-face scanning-elektron mikroskopi, holdet er oprettet 3-D visualiseringer til at bestemme den fordeling, tæthed og interaktioner af svampe inde i organer af myrer. Denne brug af teknologien repræsenterede et gennembrud i undersøgelsen af dette parasit-værtssystem, ifølge seniorforfatter David Hughes, lektor i entomologi og biologi, Penn State.,

Arbejde med co-forfatter Missy Hazen i Mikroskopi og Cytometri Anlæg af Penn State ‘ s Huck Institutes of Life Sciences, forskere tog skiver af væv på 50 nanometer og taget billeder af hver skive, ved hjælp af en maskine, der kan gentage denne proces 2.000 gange i løbet af en 24-timers periode.

“Ved at stable disse skiver kunne vi rekonstruere dem i 3-D, hvilket giver os et mikron-niveau billede af samspillet mellem svampen og værten, med utrolig høj opløsning,” sagde Hughes. “Dette er et hidtil uset syn på, hvordan en manipulator styrer sin vært.,”

for at behandle denne mængde data anvendte forskerne derefter kunstig intelligens (AI) og maskinlæringsalgoritmer til at analysere billederne.

“med Vores samarbejdspartnere på Notre Dame var i stand til at bruge dybt lære at træne-computere til at skelne mellem svampe og ant celler, så vi kunne bestemme, hvor meget af den organisme er en myre, og hvor meget der er svamp,” Hughes forklaret.,

“udviklingen af cutting-edge, dybt-learning model til identifikation af svampe-og ant celler var komplet og samarbejde, teamwork,” sagde Danny Chen, der er professor i computer science and engineering, University of Notre Dame., “Penn State group producerede en masse mærkede billeddata, som vores gruppe brugte til træning, test og forbedring af vores dybe neurale netværksmodel. Det var virkelig fantastisk at se, hvor godt biologer og AI-forskere arbejdede sammen for at tackle dette problem så effektivt.”

resultaterne, der er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences, viste at O. unilateralis s.l. celler, der var til stede under hele stort set alle regioner af værten myrer ” organer, herunder i hovedet, brystkassen, maven og benene., Derudover var en stor del af disse svampeceller forbundet, hvilket tyder på, at de danner et netværk til at kontrollere værtsens adfærd kollektivt.

“Vi fandt, at en høj procentdel af cellerne i en vært var svampeceller,” sagde Hughes. “I det væsentlige var disse manipulerede dyr en svamp i myrens tøj.”

selvom svampeceller blev koncentreret direkte uden for hjernen, observerede forskere imidlertid ingen svampeceller inde i hjernen.,

” normalt hos dyr styres adfærd ved, at hjernen sender signaler til musklerne, men vores resultater tyder på, at parasitten styrer værtsadfærd perifert,” sagde Hughes. “Næsten som en dukkefører trækker strengene for at få en marionet til at bevæge sig, kontrollerer svampen myrens muskler for at manipulere værtens ben og mandibler.”

selvom værtshjernen ikke invaderes af svampeceller, har tidligere arbejde vist, at hjernen kan ændres kemisk af parasitten, bemærkede Hughes.,

“Vi antager, at svampen kan bevare hjernen, så værten kan overleve, indtil den udfører sin endelige bidende opførsel — det kritiske øjeblik for svampegengivelse. Men vi skal foretage yderligere forskning for at bestemme hjernens rolle og hvor meget kontrol svampen udøver over det.”

Andre forskere på undersøgelsen var Yizhe Zhang, Department of Computer Science and Engineering, University of Notre Dame, Raquel Loreto, postdoc forsker i entomologi, Penn State, og Colleen Mangold, postdoc-stipendiat i biokemi og molekylær biologi, Penn State.,

The National Science Foundation, National Institutes of Health, Comissao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nival Superior-Brasilien, og the American Heart Association har støttet dette arbejde.