Ochranné a detoxifikačí mechanismy u střevních helmintů při expozici rizikovým prvkům

Radmila Boudová

Bachelor's thesis

Mechanisms of protection and detoxification in gastrointestinal helminths during risk element exposition

Anotácia:

Cílem této bakalářské práce bylo vytvořit aktuální literární přehled, shrnující dosavadní poznatky o ochranných a detoxifikačních mechanismech střevních helmintů ze skupin tasemnic (Cestoda), hlísic (Nematoda), motolic (Trematoda) a vrtejšů (Acanthocephla), které u nich mají plnit ochrannou funkci při expozici rizikovým prvkům a těžkým kovům jakými jsou, například olovo, kadmium, arsen, rtuť a podobně. U obratlovců jsou tyto mechanismy daleko lépe prostudovány, a proto budou sloužit jako výchozí. Z toho následně můžeme porovnat, jestli při expozici rizikovým prvkům mají helminti stejné či podobné mechanismy jako obratlovci, nebo v čem se od svých hostitelů naopak liší. U střevních helmintů byly nalezeny určité rozdíly již v samotném metabolismu, a to jak v I., tak II. fázi. U helmintů nebyl nalezen cytochrom CYP 450, na kterém závisí v I. fázi oxidační reakce obratlovců. Z II. fáze je pravděpodobně nejdůležitějším enzymem glutathion S transferáza. Co je nezbytné pro střevní helminty, tím jsou antioxidační enzymy především superoxid dismutáza, glutathion peroxidáza, kataláza, které se tvoří ve velkém množství u různých druhů. I když i zde se také vyskytují určité rozdíly mezi jednotlivými skupinami parazitů. Tato antioxidační ochrana se pravděpodobně vyvinula jako adaptace na parazitický život. Zdá se tedy, že se parazité mohou dobře chránit, jelikož antioxidační enzymy reagují jak na reaktivní radikály, tak přímo na některé rizikové prvky. Důležité metalothioneiny (MT), které účinkují v detoxifikaci, udržování homeostáze kovů a ochraně proti oxidačnímu stresu, byly nalezeny jen u málo druhů helmintů. Jeho funkce byla ale potvrzena u vrtejšů (Acanthocephalus lucii a Acanthocephalus anguillae), kdy se jejich tvorba zvýšila v reakci na olovo, a navíc ve vyšší koncentraci než u jejich hostitele. Zajímavá je tvorba fytochelatinů u některých druhů helmintů. Ne však u všech byla prokázána zvýšená tvorba těchto proteinů v souvislosti s nějakým rizikovým prvkem. Velkou roli hrají také různé membránové transportéry, udržující homeostázi a mohou zvýšit rezistenci k těžkým kovům. U helmintů se podařilo nalézt P-glykoproteiny nebo divalentní kovový transportér (DMT1). Ochranné proteiny tepelného šoku (HSP) jsou u helmintů, dá se říct běžné a reagují na různé typy stresu. Jsou tvořeny v různých životních stádiích a slouží také jako adaptace na nové podmínky. Další proteiny jako tumor supresorový protein p53 či signalizační dráhy mitogenem aktivované kinázy (MAPK), které reagují na některé rizikové prvky a chrání tak buňku, byly zkoumány a prokázány jen u málo druhů helmintů. I když se jejich funkce jeví jako podobná k těm u obratlovců, bylo by potřeba více výzkumů, prokazujících podobnou funkci v reakci na rizikové prvky.

Abstract:

The aim of this bachelor's thesis was to create a current literature review summarizing existing knowledge about the protective and detoxification mechanisms of intestinal helminths from the groups of tapeworms (Cestoda), nematodes (Nematoda), flukes (Trematoda) and acanthocephalas (Acanthocephla), which should play a protective role in exposure to hazardous elements and heavy metals such as lead, cadmium, arsenic, mercury etc. In vertebrates, these mechanisms are much better studied and will therefore serve as a starting point. From this we can then compare whether helminths have the same or similar mechanisms as vertebrates during risk elements exposure, or how they differ. In intestinal helminths, certain differences were found in the metabolism itself, both in I. and II. phase. No cytochrome CYP 450 was found in helminths, on which depend the vertebrateʹs oxidation reactions in phase I. In II. phase is probably the most important enzyme glutathione S transferase. What is necessary for intestinal helminths are antioxidant enzymes, especially superoxide dismutase, glutathione peroxidase, catalase, which are formed in large quantities in various species. Although there are also some differences between groups of parasites. This antioxidant protection is probably evolved as an adaptation to parasitic life. Thus, it appears that parasites can be well protected, because antioxidant enzymes respond both to reactive radicals and directly to some risk elements. Important metallothionein (MT), which act in detoxification, maintenance of metal homeostasis and protection against oxidative stress, has been found in only a few species of helminths. However, its function has been confirmed in acanthocephalans (Acanthocephalus lucii and Acanthocephalus anguillae), where their production increased in response to lead, and in higher concentracions than in their hosts. The formation of phytochelatins in some species of helminths is interesting. However, not all have been shown to increase the production of these proteins in connection with a risk element. Various membrane transporters also play an important role, maintaining homeostasis and can increase resistance to heavy metals. In helminths was managed to find P-glycoproteins or a divalent metal transporter (DMT1). Protective heat shock proteins (HSPs) are common in helminths, so to speak, and respond to various types of stress. They are formed at different stages of life and also serve as adaptations to new conditions. Other proteins, such as the tumor suppressor protein p53 or the mitogen-activated kinase (MAPK) signaling pathways, which respond to certain risk elements and protect the cell, have been investigated and demonstrated in only a few helminth species. Although their function appears to be similar to that of vertebrates, more research would be needed to demonstrate a similar function in response to risk elements.

Kľúčové slová

parazité, trávicí trakt, rizikové prvky, těžké kovy, antioxidační reakce

Keywords

parasites, digestive trackt, risk elements, heavy metals, antioxidant reaction

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 5. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Ing. Zuzana Čadková, Ph.D. DiS.
• Oponent: Zdeňka Klimková

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / odbor:
Animal Science / Companion Animals