Paraziti rodu Pneumocystis u afrických hlodavců

Bc. Jan Petružela

Master's thesis

Parasites of the genus Pneumocystis in African rodents

Abstract:

Pneumocystis je rod jednobuněčných obligátně parazitických hub z kmene Ascomycota. Jedná se o vysoce hostitelsky specifického extracelulárního parazita obývajícího plicní alveoly širokého spektra savčích druhů, včetně člověka (druh P. jirovecii). U zdravých jedinců se infekce Pneumocystis projevuje většinou pouze subklinicky, problémy však nastávají u lidí s narušenou imunitou (pacienti s AIDS, pacienti po chemoterapii), u kterých přemnožení populace Pneumocystis způsobuje život ohrožující nemoc známou jako pneumocystis pneumonia (PcP). Navzdory svému medicínskému významu ale tento organismus zůstává poměrně málo prozkoumaný, což je navíc komplikováno faktem, že až do nedávna neexistovaly metody pro jeho efektivní in vitro kultivaci. Po dlouhou dobu byly známy pouze čtyři druhy Pneumocystis a sice P. jirovecii, P. carinii a P. murina, parazitujících na člověku, kryse a myši domácí. S rozmachem molekulárně-genetických metod a nástupem sofistikovaných PCR protokolů pro detekci Pneumocystis v plicních tkáních se podařilo tento organismus detekovat u širokého spektra savčích druhů, včetně králika (P. oryctolagi), netopýrů, rejsků a primátů. Studie zaměřené na vztah primátů a Pneumocystis navíc prokázaly vysokou míru kofylogeneze mezi parazity a primáty, ukazujících na komplexní vztah mezi rodem Pneumocystis a jeho hostitelskými druhy. V této práci jsou prezentována nová data ohledně Pneumocystis u Afrických hlodavců. Byla provedena izolace DNA z plicních tkání 27 hlodavčích druhů a tato pak byla testována na přítomnost Pneumocystis. Na získaných sekvencích byla provedena fylogenetická analýza za účelem analýzy fylogenetického vzorce Pneumocystis a jejího koevolučního vztahu s hlodavčími hostiteli. Zvláštní pozornost byla věnována Pneumocystis u nejrozšířenějšího afrického hlodavce – Mastomys natalensis. Pneumocystis byla nalezena u 19 druhů afrických hlodavců, což podporuje tezi, že se jedná o velmi častého parazita savčích druhů, každá linie představuje potenciálně nový druh. Dále byl u Pneumocystis objeven komplexní fylogenetický vzorec, který velmi připomíná fylogenezi jejích hostitelů. Analýzy také prokázaly přítomnost signifikantního kofylogenetického signálu. Bohužel, charakter dat neumožňuje žádná signifikantní zjištění ani bádání ohledně charakteru vztahu Pneumocystis a Mastomys natalensis.

Abstract:

Pneumocystis is a genus of obligatory parasitic yeast-like fungi from the Ascomycota phylum. The organism is strongly specific extracellular parasite inhabiting lung alveoli in a wide range of mammalian species, including humans (species P. jirovecii). In healthy individuals, the pneumocystis infection usually occurs only subclinically, problems arise within imunodeficient individuals (e.g. transplant recipents, AIDS patients), in which the fungal overgrowth causes a life-threatening disease known as pneumocystis pneumonia (PcP). . Despite its medical importance, relatively little is still known about this fungus, which is further complicated by fact, that until recently there were no methods to cultivate the organism in vitro and for a long time, only three species – P. murina, P. carinii and P. wakefildae, occuring in house mouse and rat – were described. Nevertheless, recently, studies have shown the occurence of Pneumocystis parasites in a wide spectrum of mammalian taxa, including, rabbits (P. oryctolagi), bats and several primates. Moreover, studies of primate-pneumocystis relationship have revealed a strong cophylogeny between the two groups, suggesting an intricate relationship between Pneumocystis and its mammalian hosts. In this thesis, a collection of new data on Pneumocystis in African rodents is presented. DNA was isolated from the lung samples of 27 rodent species and subsequently tested for the presence of Pneumocystis. The methods of molecular phylogeny were then employed on the yielded sequences to analyse the phylogeny of Pneumocystis and its coevolutionary relationship with its rodent hosts, with additional focus on the most widespread African rodent – Mastomys natalensis. Pneumocystis was found in 19 rodent species, an evidence of the widespread nature of the parasite, each lineage presenting a possible new species. Furthermore, a complex phylogenetic pattern of Pneumocystis, strongly resembling the phylogeny of its rodent hosts. Analyses also revealed a highly significant signal of cophylogeny between the two. Unfortunately, the nature of the data precluded any significant findings or investigations about the relationship of Pneumocystis and Mastomys natalensis.

Keywords

Pneumocystis, hlodavci, kofylogeneze, savci, parasitismus, fylogeneze, genetická diverzita, vztah hostitel-parazit, rodents, cophylogeny, mammals, parasitism, phylogeny, genetic diversity, host-parasite interaction

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 13. 2. 2018
• Supervisor: doc. Mgr. et Mgr. Josef Bryja, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Andrea Vetešníková Šimková, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Zoology