Парамеция хвостатая (Paramecium caudatum)

Тест-организм: Инфузория Paramecium caudatum Ehrhart.

Классификация:

• Царство: Protista - протисты
• Тип: Ciliophora - инфузории
• Подтип: Intramacronucleata
• Класс: Oligohymenophorea
• Отряд: Peniculia
• Семейство: Parameciidae
• Род: Paramecium - парамеции
• Вид: Paramecium caudatum Ehrhart - Парамеция хвостатая (Инфузория-туфелька)

Перечень методик, в которых используется тест-организм:

• Автоматизированный метод оценки токсичности продуктов животноводства, кормов и объектов окружающей среды на инфузориях Paramecium Caudatum и Tetrahymena Pyriformis. Методические рекомендации. Одобрены на совместном заседании Отделения ветиринарной медицины РАСХН и Ученого совета ГНУ ВНИИВСГЭ «22» сентября 2009 г., протокол № 3. Утверждены Оделением ветиринарной медицины РАСХН.

Критерии выбора:

В биологических экспериментах инфузории Paramecium caudatum часто используют как используют безвредные, высокочувствительные к загрязнениям окружающей среды, простые в разведении и дешевые в содержании виды тест-организмов. Наряду с ними в биотестировании активно используются тетрахимены (род Tetrahymena, вид Tetrahymena pyriformis), спиростомы (род Spirostomum, вид Spirostomum ambiguum), стилонихии (род Stylonychia, вид Stylonychia mytilus).

Инфузории перед другими объектами обладают рядом преимуществ:

• инфузории, как и человек, - эукариотические организмы, поэтому их реакция на токсиканты может быть сопоставлена с реакцией человека;
• накоплен статистический материал, свидетельствующий о высокой чувствительности инфузорий к загрязняющим веществам — тяжелым металлам, пестицидам, микотоксинам и другим загрязнителям;
• короткий жизненный цикл и скорость размножения, инфузорий позволяют проследить их реакцию на воздействие токсиканта в ряду поколений;
• с помощью инфузорий возможна оценка токсичности не только водо-растворимых соединений, но и соединений, растворимых в ряде органических растворителей;
• использование инфузорий в качестве тест-объектов позволяет резко увеличить количество и вариабельность тестируемых объектов, что очень важно для единовременного получения сопоставимых результатов;
• стоимость лабораторного содержания инфузорий гораздо ниже стоимости содержания экспериментальных животных;
• существуют примеры применения инфузорий в производственной практике: определение общей токсичности комбикормов с использованием таких инфузорий, как Stylonychia mytilus, Colpoda steinii, Tetrahymena pyriformis;
• получены экспериментальные данные, определяющие перспективу применения инфузорий для оценки физиологического состояния человека, например для оценки риска возникновения инфаркта, инсульта, психических расстройств;

При постановке экспериментов с использованием инфузорий проводят контроль реакции движения, роста и размножения в питательной среде с добавлением химических средств. Критерием оценки служит различие концентраций живых особей в опытной и контрольной пробах, контроль осуществляют без присутствия химического агента. На основе реакции роста и размножения инфузорий проведены исследования большого ряда соединений: анилина, хлор-, бром- и фосфорорганических соединений, эфиров, фенолов и др.

Другим интегральным показателем состояния организма инфузорий на присутствие химического агента является фиксация функциональных и структурных изменений. Эти изменения отражают процессы, связанные с энергетическим и пластическим обменом, хеморецепцией и т. д., имеющие аналоги в организме млекопитающих.

Методологические подходы в исследованиях с использованием инфузорий многообразны и зависят от целей и задач в каждом конкретном случае. В фармацевтических, медицинских, биологических и экологических исследованиях наиболее распространены методы микроскопирования, их применяют в 90% методик. Как правило, это различные модификации подсчета клеток под микроскопом. В ряде случаев фиксируют функциональные и структурные изменения как наиболее быстрые реакции инфузорий. Данный прием удобен для установления концентраций веществ, вызывающих остановку движения ресничек или полный распад (лизис) клетки. Важнейшее преимущество использования простейших в качестве тест-объектов — большое сходство их токсико-биологической реакции с этой реакцией высших животных. Принцип подобного отображения элементарных свойств сравнительно простого живого организма в более высокоорганизованном с постепенным усложнением этих свойств известен как принцип биологического эпиморфизма. Различные организмы эпиморфно проектируются друг на друга. Например, цианид калия прерывает перенос электрона в дыхательной цепи почти у всех организмов, образующих иерархическую лестницу эволюции: от одноклеточного организма до человека.

Общие сведения:

Средой обитания Paramecium caudatum является любой пресный водоем со стоячей водой и наличием в воде разлагающихся органических веществ. Ее можно обнаружить и в аквариуме, взяв пробы воды с илом и рассмотрев их под микроскопом. Размеры разных видов Paramecium составляют от 0,1 до 0,6 мм, Paramecium caudatum — обычно около 0,2—0,3 мм. Форма тела напоминает подошву туфли, за что и получила свое неофициальное название - инфузория - туфелька.. Наружный плотный слой цитоплазмы (пелликула) включает находящие под наружной мембраной плоские мембранные цистерны альвеолы, микротрубочки и другие элементы цитоскелета. На поверхности клетки в основном продольными рядами расположены реснички, число которых — от 10 до 15 тыс. В основании каждой реснички находится базальное тельце, а рядом — второе, от которого ресничка не отходит. С базальными тельцами у инфузорий связана инфрацилиатура — сложная система цитоскелета. У Paramecium caudatum она включает отходящие назад посткинетодесмальные фибриллы и радиально расходящиеся поперечно исчерченные филаменты. Возле основания каждой реснички имеется впячивание наружной мембраны — парасомальный мешочек. Между ресничками расположены мелкие веретеновидные тельца — трихоцисты, которые рассматриваются как органоиды защиты. Они расположены в мембранных мешочках и состоят из тела и наконечника.Трихоцисты — разновидность разнообразных по строению органоидов экструсом, наличие которых характерно для инфузорий и некоторых других групп протистов.Их тело имеет поперечную исчерченность с периодом 7 нм. В ответ на раздражение (нагрев, столкновение с хищником) трихоцисты выстреливают — мембранный мешочек сливается с наружной мембраной, а трихоциста за тысячные доли секунды удлиняется в 8 раз. Предполагается, что трихоцисты, набухая в воде, могут затруднять движение хищника. Известны мутанты Paramecium caudatum, лишенные трихоцист и вполне жизнеспособные. Всего у туфельки 5—8 тысяч трихоцист. У туфельки 2 сократительные вакуоли в передней и задней части клетки. Каждая состоит из резервуара и отходящих от него радиальных каналов. Резервуар открывается наружу порой, каналы окружены сетью тонких трубочек, по которым жидкость поступает в них из цитоплазмы. Вся система удерживается в определенном участке цитоскелетом из микротрубочек. У Paramecium caudatum имеется два разных по строению и функциям ядра — диплоидный микронуклеус (малое ядро) округлой формы и полиплоидный макронуклеус (большое ядро) бобовидной формы. Состоит на 6,8% из сухого вещества, из которого 58,0% — белок, 31,4% — жиры, 3,6% — зола.

Совершая ресничками волнообразные движения, Paramecium caudatum передвигается (плывёт тупым концом вперёд). Ресничка движется в одной плоскости и совершает прямой (эффективный) удар в выпрямленном состоянии, а возвратный — в изогнутом. Каждая следующая ресничка в ряду совершает удар с небольшой задержкой по сравнению с предыдущей. Плывя в толще воды, туфелька вращается вокруг продольной оси. Скорость движения — около 2 мм/c. Направление движения может меняться за счёт изгибаний тела. При столкновении с препятствием направление прямого удара меняется на противоположное, и Paramecium caudatum отскакивает назад. Затем она некоторое время «раскачивается» взад-вперед, а затем снова начинает движение вперёд. При столкновении с препятствием мембрана клетки деполяризуется, и в клетку входят ионы кальция. В фазе «раскачивания» кальций выкачивается из клетки.

На теле инфузории имеется углубление — клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. Около рта располагаются специализированные реснички околоротовой цилиатуры, «склеенные» в сложные структуры. Они загоняют в глотку вместе с потоком воды основную пищу инфузорий — бактерии. Инфузория находит свою добычу, чувствуя наличие химических веществ, которые выделяют скопления бактерий. На дне глотки пища попадает в фагосому перемещаются в теле инфузории током цитоплазмы по определенному «маршруту» — сначала к заднему концу клетки, затем к переднему и затем снова к заднему. В фагосому пища переваривается, а переваренные продукты поступают в цитоплазму и используются для жизнедеятельности инфузории. Сначала внутренняя среда в фагосоме становится кислой из-за слияния с ней лизосом, затем она становится более щелочной. По ходу миграции вакуоли от неё отделяются мелкие мембранные пузырьки (вероятно, тем самым увеличивается скорость всасывания переваренной пищи). Оставшиеся внутри пищеварительной вакуоли непереваренные остатки пищи выбрасываются наружу в задней части тела через особый участок поверхности клетки, лишенный развитой пелликулы — цитопиг, или порошицу. После слияния с наружной мембраной пищеварительная вакуоль тут же отделяется от неё, распадаясь на множество мелких пузырьков, которые по поверхности микротрубочек мигрируют к дну клеточной глотки, формируя там следующую вакуоль.

У Paramecium caudatum есть бесполое и половое размножение (половой процесс). Бесполое размножение — поперечное деление в активном состоянии. Оно сопровождается сложными процессами регенерации. Например, одна из особей заново образует клеточный рот с околоротовой цилиатурой, каждая достраивает недостающую сократительную вакуоль, происходит размножение базальных телец и образование новых ресничек и т. п. Половой процесс, как и у других инфузорий, происходит в форме конъюгации. Paramecium caudatum, относящиеся к разным клонам, временно «склеиваются» ротовыми сторонами, и между клетками образуется цитоплазматический мостик. Затем макронуклеусы конъюгирующих инфузорий разрушаются, а микронуклеусы делятся путем мейоза. Из образовавшихся четырёх гаплоидных ядер три погибают, а оставшаяся делится митозом. В каждой инфузории теперь есть два гаплоидных пронуклеуса — один из них женский (стационарный), а другой — мужской (мигрирующий). Инфузории обмениваются мужскими пронуклеусами, а женские остаются в «своей» клетке. Затем в каждой инфузории «свой» женский и «чужой» мужской пронуклеусы сливаются, образуя диплоидное ядро — синкарион. При делении синкариона образуется два ядра. Одно из них становится диплоидным микронуклеусом, а второе превращается в полиплоидный макронуклеус. Реально этот процесс происходит сложнее и сопровождается специальными постконъюгационными делениями.