czirjÁk gÁbor ÁrpÁd - usamvcluj.ro · statistic (negativ sau pozitiv) între capacitatea...

CZIRJÁK GÁBOR ÁRPÁD

FACTORII ECOLOGICI DE INFLUENŢĂ AI RĂSPUNSULUI IMUN AVIAR ŞI INTERACŢIUNEA ACESTORA CU

FLORA BACTERIANĂ

REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT

CONDUCĂTORI ŞTIINŢIFICI: Prof. Dr. MARINA SPÎNU

Dr. PHILIPP HEEB

CLUJ-NAPOCA 2011

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ CLUJ-NAPOCA

ŞCOALA DOCTORALĂ FACULTATEA DE MEDICINĂ VETERINARĂ

Teză de doctorat Rezumat

II

REZUMAT

Studiile privind interacţiunea dintre păsările sălbatice şi bacteriile acestora au apărut recent în cadrul ecologiei şi biologiei evoluţioniste, speciile de bacterii fiind considerate ca forţă majoră în evoluţia caracterelor de viaţă a organismului gazdă (Lucas şi col. 2005), având un rol important în selecţia sexuală (Hamilton şi Zuk 1982, Shawkey şi col. 2009) şi în dinamica populaţiei (Hawley şi col. 2006). Pe lângă aspectele fundamentale ale acestui domeniu, studiile privind speciile bacteriene asociate păsărilor sălbatice sunt prioritare şi din punct de vedere sanitar veterinar şi al sănătăţii publice, fiindcă păsările sunt rezervoare şi vectori pentru o varietate largă de patogeni emergente (revăzut de Hubálek 1994, 2004, Benskin şi col. 2009). Mai mult, înţelegerea dinamicii şi a transmiterii diferitelor grupe bacteriene aviare poate servi ca model pentru studiul propagării spaţio-temporale altor microorganisme patogene atât în populaţiile aviare cât şi de la păsări la alte taxoni filogenetice (Benskin şi col. 2009).

Mai mulţi factori, atât extrinseci cât şi intrinseci, au fost propuse de a influenţa prevalenţa şi abundenţa agenţilor patogeni bacterieni. Comunităţile bacteriene asociate păsărilor sunt ecosisteme dinamice şi funcţionale, influenţate de factorile de mediu local, cum ar fi temperatura sau umiditatea (Bisson şi col. 2009), dar deasemenea variază în funcţie de ecologia gazdei (migratori vs. sedentari, solitari vs. coloniali) (Waldenström şi col. 2002, Bisson şi col. 2009, Benskin şi col. 2009), de dieta acestora (Maul şi col. 2005, Blanco şi col. 2006) sau mecanismele de apărare implicate (Hawley şi Altizer 2011). Rezultatele ştiinţifice obţinute în cadrul tezei de doctorat intitulat „Factorii ecologici de influenţă ai răspunsului imun aviar şi interacţiunea acestora cu flora bacteriană” au fost realizate pe interfaţa domeniilor interacţiune bacterii-păsări sălbatice şi al imunologiei ecologice examinând atât factorii de apărare al gazdei cât şi factorii mediului care au potenţialul de a influenţa, direct sau indirect, dinamica şi compoziţia comunităţilor bacteriene asociate păsărilor sălbatice. Cercetările s-au desfăşurat în perioada 2004-2010, având următoarele obiective principale:

- evaluarea comportamentului de îmbăiere ca mecanism de apărare antibacteriană a păsărilor sălbatice;

- testarea rolului glandei uropigiene şi a ciugulirii în arsenalul antibacterian aviar; - determinarea factorilor ecologici determinanţi şi imunitari covariabili ai variaţiei

inter-specifice a activităţii antibacteriene in vitro al uleiului uropigian; - studiul variaţiilor sezonale şi diferenţelor legate de sex al diferitelor ramuri ai

răspunsului imun al speciilor de păsări sălbatice sedentare; - examinarea efectului dezastrului nuclear de la Cernobîl asupra abundenţa

bacteriilor asociate păsărilor sălbatice, implicit consecinţele catastrofei asupa microbiocenoza.

Lucrarea redactată cuprinde un număr de 247 pagini şi este structurată în două

părţi: prima parte intitulatã “Date bibliografice” ce cuprinde 59 pagini şi partea a doua denumită “Cercetări proprii” structurată în opt capitole, extinsă pe 188 pagini. În conţinutul tezei se regăsesc 50 de figuri (imagini foto, grafice, scheme, prezentate sub 31 de titluri) şi 14 de tabele.


III

Prima parte reprezintă o sinteză a literaturii de specialitate şi a fost structurată în cinci capitole. În primul capitol au fost inventariate speciile bacteriene asociate păsărilor sălbatice, punând accent atât pe speciile patogene sau cu potenţial detrimental (ex. bacteriile cheratinolitice de la nivelul penajului), cât şi pe bacteriile benefice. Capitolele următoare cuprind datele ştiinţifice privind mecanismele de apărare antibacteriană. Caracterele de apărare pot fi grupate în două mari categorii (Combes 2001), prima linie incluzând diferite mecanisme comportamentale cu rol de evitare a patogenilor şi a efectelor acestora, în timp ce a doua linie constă în adaptări de natură fiziologică şi anatomică, sistemului imun fiind în mod cert cea mai evoluată formă de apărare (Zuk şi Stoehr 2002). Astfel după descrierea mecanismelor de apărare comportamentale antibacteriene şi a caracteristicilor sistemului imun aviar, au fost trecute în revistă factorii principali, intrinseci şi extrinseci, care produc variaţii intra- şi interspecifice în răspunul imun aviar (hormoni, nutrienţi, vârstă, sex, sezon).

Ultimul capitol ai primei părţi ai tezei cuprinde rezultatele cercetărilor ştiinţifice privind efectele dezastrului nuclear de la Cernobîl asupra biocenozei.

Partea a II-a „Cercetări proprii" este redactată pe parcursul a 8 capitole. Primul capitol este dedicat obiectivelor tezei, a ipotezelor testate şi a predicţiilor

ştiinţifice bazate pe literatura de specialitate, care urmau a fi testate în capitolele următoare. Experimentele realizate în cadrul tezei au fost prezentate sub forma de 7 manuscrise publicate sau aflate în procesul de evaluare în reviste internaţionate cotate ISI. Aceste experimente au fost grupate in patru capitole în funcţie de obiectivele lor majore. Partea experimentală a tezei este urmată de discuţiile generale ale rezultatelor, de lista de concluzii şi literatura citată. Această din urmă conţine 570 de titluri.

Capitolele II.I şi II.II conţin patru experimente (manuscrise) în care se studiază

două mecanisme antibacteriene ipotetice împotriva bacteriilor cheratinolitice. Bacteriile cheratinolitice alcătuiesc un grup polifiletic, specii legate de capacitatea

lor de a degrada β keratina (Burtt şi Ichida 1999, dar Cristol şi col. 2005), componenta pricipală al penelor. Aceste specii microbiene au un efect negativ asupra gazdelor aviare (Gunderson şi col. 2009), joacă un rol în evoluţia caracterelor de viaţă a organismului gazdă (Lucas şi col. 2005) şi în selecţia sexuală (Shawkey şi col. 2009). Totuşi există foarte puţine dovezi experimentale despre cum se apără păsările împotriva acestor microorganisme. Pe lângă aspectele ştiinţifice fundamentale, bacteriile cheratinolitice constituie un model pentru agenţii patogeni cu transmitere sexuală sau directă (Kulkarni şi Heeb 2007) şi furnizează noi informaţii despre epidemiologia agenţilor patogeni asociaţi cu penajul precum Salmonella spp. sau Pseudomonas spp. (Mallison şi col. 1989, Shawkey şi col. 2005).

În capitolul intitulat “Efectul comportamentului de îmbăiere asupra abundenţei şi comunităţii bacteriene din penajul piţigoilor albaştri (Cyanistes caeruleus)” s-a urmărit evaluarea rolului îmbăierii ca comportament de întreţinere al penelor, având un efect negativ asupra microbiotei penajului, în special asupra microorganismelor cheratinolitice.

Am manipulat accesul piţigoilor albaştrii (Cyanistes caeruleus) la băi de apă, menţinându-se în voliere cu sau fără băi de apă pe o perioadă de 6 zile. Utilizând atât metode microbiologice clasice cât şi moleculari am evaluat schimbările apărute în


IV

abundenţa şi compoziţia comunităţii microbiene a penajului (atât fungi cât şi bacterii), respectiv în activitatea cheratinolitică in vitro.

În urma modelului experimental nu am găsit nici o diferenţă între indivizii din grupele de control şi cele deprivate de apă în ceea ce priveşte abundenţa bacteriană (F1,11 = 0.91, P = 0.35) şi cea fungică (F1,11 = 0.78, P = 0.38). Cu alte cuvinte, manipularea experimentală asupra comportamentului de îmbăiere al piţigoilor albaştri nu a avut influenţă asupra abundenţei bacteriene şi fungice din penajul acestora.

Privarea de apă a avut un efect semnificativ asupra microbiotei cheratinolitice, activitatea cheratinolitică in vitro fiind semnificativ mai mare în cazul comunităţii microbiene a păsărilor fără acces la apă comparativ cu păsările din grupul de control (F1,11 = 5.25, P = 0.0378, figura 1.).

Figura 1. Efectul tratamentului de privare de apă asupra activităţii cheratinolitice in vitro

a penelor piţigoilor albaştri adulţi. Media (+SE)

Nu am găsit nici o corelaţie semnificativă între abundenţa bacteriană şi degradarea in vitro a penelor (r = 0.259, P = 0.29), dar există o corelaţie semnificativă pozitivă între încărcătura fungică şi degradarea in vitro a penelor (rs = 0.495, P = 0.036). Păsările cu o încărcătură fungică mai mare au arătat o activitate de degradare a penelor mai crescută în condiţii de laborator. Rezultatele partiţionării varianţei arată că individul exercită, de departe, cel mai puternic efect asupra compoziţiei comunităţii bacteriene (r2 = 0.273, P = 0.005), iar zona corporală are un efect semnificativ marginal (r2 = 0.003, P = 0.067), în timp ce momentul prelevarea probelor are un efect mic dar semnificativ (r2 = 0.017, P = 0.05). Se pare că tratamentul nu a avut nici un efect asupra compoziţiei comunităţii bacteriene, o dată ce alţi factori au fost controlaţi (r2 = 0.000, P = 0.978). În urma acestui studiu am constatat că îmbăierea în apă influenţează negativ activitatea in vitro de degradare a penelor de către comunităţile microbiene, însă nu influenţează abundenţa şi structura comunităţii bacteriene. Experimentul nostru demonstrează pentru prima oară că îmbăierea în apă joacă un rol important, alături de alte funcţii, în întreţinerea penelor, diminuând activitatea de degradare a penelor de către bacteriile şi fungile cheratinolitice şi deschide noi direcţii de cercetare în cadrul interacţunii păsări-microorganisme.


V

În următorul capitol intitulat “Glanda uropigiană şi secreţile sale uleioase ca apărare antibacteriană a păsărilor” au fost cercetate diferite aspecte privind activitatea antibacteriană a glandei uropigiene. Glanda uropigiană este un complex glandular holocrin al pielii aviare. În afară de glandele sebacee ale urechii externe şi a glandelor anale, glanda uropigiană este singurul organ glandular compact al tegumentului păsărilor (Jacob şi Ziswiler 1982). Funcţiile glandei si a uleiurilor uropigiene sunt multiple şi au fost dezbătute o lungă perioadă de timp. Uleiul uropigian poate acţiona ca un agent hidrofug (Jacob şi Ziswiler 1982, Giraudeau şi col. 2010), poate reduce riscul de predaţie (Reneerkens şi col. 2005), poate îmbunătăţi aspectul penajului (Piersma şi col. 1999 ), reglează numărul de ectosimbionţi (Galván şi col. 2008; dar vezi şi Pap şi col. 2010) şi încărcătura de bacterii cheratinolitice Gram-pozitive şi dermatofiţi (Jacob şi col. 1997, Shawkey şi col. 2003, Reneerkens şi col. 2008, Møller şi col. 2009). În cadrul primului experiment al acestui capitol am investigat legătura dintre variaţiile individuale ale microorganismelor cheratinolitice şi dimensiunea glandei uropigiene în cazul rândunelelor (Hirundo rustica), controlând statistic asupra factorilor potenţial confuzive cum ar fi sexul gazdei şi dimensiunea coloniei. După cuantificarea abundenţei bacteriilor cheratinolitice, non-cheratinolitice şi fungice cultivabile, am observat existenţa unor interferenţe bacteriene între speciile cheratinolitice şi celelalte categorii microbiene măsurate. În plus, numărul bacteriilor cheratinolitice a fost corelată negativ cu mărimea glandei uropigiene (F5,75 = 8.50, P = 0.0047, figura 2a) şi pozitiv cu dimensiunea coloniei (F5,75 = 5.45, P = 0.022, figura 2b). Această relaţie nu a fost observată în cazul speciilor non-cheratinolitice sau a miceţilor (P < 0.05).

a) b) Figura 2. Abundenţa bacteriilor cheratinolitice în relaţie cu mărimea glandei uropigiene

(a) şi a coloniei (b) După un experiment “field-based” corelaţional, în cadrul unui studiu in vitro comparativ activitatea antibacteriană al secreţiei uropigiene a fost cvantificată la 26 de indivizi aparţinând nouă specii de păsări sălbatice. Obiectivul acestui studiu a fost investigarea factorilor ecologici care ar putea explica variaţia interspecifică al activităţii antibacteriene in vitro al secreţiei uropigiene. Factorii ecologici luate în studiu includ tipul habitatului (acvatic vs. terestrial) şi viaţa socială a gazdei (solitar vs. colonial). Fiindcă mecanismele de apărare comportamentale sunt considerate strategii de apărare de prima linie, complementare sistemului imun aviar, am presupus relaţie semnificativă


VI

statistic (negativ sau pozitiv) între capacitatea antibacteriană al uleiurilor uropigiene şi imunocompetenţa de tip celular şi umoral caracterizat de dimensiunea relativă al organelor imune primare aviare (timusul şi bursa lui Fabricius). Prin metoda de difuziune cu disc (Shawkey şi col. 2003) am determinat activitatea antibacteriană împotriva Pseudomanas aeruginosa, Salmonella spp., Bacillus licheniformis (tulpina OWU 138B) şi Staphylococcus aureus. Speciile de păsări luate în studiu erau: uliu păsărar (Accipiter nisus); raţă mare (Anas platyrhynchos); ciuf de pădure (Asio otus); buhai de baltă (Botaurus stellaris ); şorecar comun (Buteo buteo); vânturel roşu (Falco tinnunculus); vrabie de casă (Passer domesticus); turturea (Streptopelia turtur); strigă (Tyto alba). Uleiurile uropigiene au inhibat creşterea Bacillus licheniformis, o tulpină bacteriană cheratinolitică, dar nu au prezentat activitate antibacteriană contra celorlalte specii microbiene luate în studiu. Nu a existat nici o diferenţă semnificativă în capacitatea de a inhiba dezvoltarea bacteriei Bacillus licheniformis între păsările acvatice şi terestre (F1,25 = 0.0005, P = 0.98), dar păsările coloniale au prezentat un efect inhibitor mai mare decât speciile solitare (F1,25 = 7.36, P = 0.011). Speciile de păsări care prezintă imunocompetenţă crescută, măsurată prin dimensiunea relativă a bursei lui Fabricius sau a timusului au exprimat activitate antibacteriană mai slabă in vitro împotriva Bacillus licheniformis (bursa lui Fabricius: rs = -0.70, P = 0.0002, figura 3a; timusul: rs = -0.62, P = 0.01, figura 3b).

a) b) Figura 3. Activitatea antibacteriană împotriva Bacillus licheniformis (mm) în raport cu

dimensiunea relativă a bursei lui Fabricius (a) şi a timusului (b) În ultimul experiment din acest capitol, pentru prima dată pe plan mondial efectul antibacterian al secreţiei uropigiene a fost evaluată in vivo prin ablaţia chirurgicală al glandei uropigiene la vrabia de casă (Passer domesticus). Experimentul a fost realizat pe 14 masculi adulţi de vrăbii de casă, care au fost repartizate aleatoriu ori în grupa glandectomizată ori în grupa control. Abundenţa bacteriilor cheratinolitice şi non-cheratinolitice au fost determinate înainte şi după 40 de zile de la operaţie. La o lună şi jumătate după tratamentul chirurgical, modificarea încărcăturii bacteriene cheratinolitice nu a fost semnificativ diferită între grupurile experimentale (F1,11 = 0.07, P = 0.80; figura 4a.). În contrast, modificarea încărcăturii bacteriilor cultivabile non-cheratinolitice a fost afectată în mod semnificativ prin îndepărtarea


VII

glandei, astfel că încărcătura bacteriană din grupul glandectomizat a arătat o creştere semnificativ mai mare în comparaţie cu grupul martor (F1,11 = 5.30, P = 0.04; figura 4b.).

a) b)Figura 4. Efectul îndepărtării glandei uropigiene asupra încărcăturii bacteriene

cheratinolitică (a) şi non-cheratinolitică (b) la masculi adulţi de vrabie de casă. Barele negre sunt pentru prima şi barele albe pentru a doua prelevare de probe bacteriene. Sunt

afişate media + SE. Rezultatele noastre subliniază (1) activitatea antibacteriană cu spectru larg al glandei şi secreţiilor sale, (2) faptul că constituie prima linie de apărare împotriva microorganismelor şi (3) este o parte integrată a sistemului de apărare antibacterian (complementar răspunsului imun) la păsările sălbatice. Urmărind experimentele privind diferitele aspecte al apărării antibacteriene comportamentale, rezistenţa cea mai evoluată, sistemul imun aviar a fost luat în studiu. Imunologia ecologică sau eco-imunologia este un domeniu de cercetare inter-disciplinară interesat în cercetarea variaţiilor intra- şi inter-specifice ale răspunsurilor imune (Lee 2006). Mai mulţi factor extrinseci şi intrinseci erau descrişi şi studiaţi, oferind explicaţii privind gama variaţiilor imunologice. În prezenta lucrare eu m-am concentrat asupra variaţiilor sezonale şi diferenţelor legate de sex al diferitelor ramuri ai răspunsului imun ai speciilor de păsări sedentare. Recent a apărut un prim studiu, care viza descrierea variaţiei răspunsului imun al fugaciului mare (Calidris canutus), o specie migratoare, în cadrul unui ciclu anual întreg (Buehler şi col. 2008). Conform acestui articol, speciile migratoare utilizează diferite strategii imunitare în funcţie de anotimp, strategii influenţate mai ales de costurile energetice a diferitelor ramuri imune. Cu toate acestea, speciile sedentare şi cele migratoare pot fi diferite în funcţie de expunerea lor la factori de stres din mediu, cum ar fi încărcătura cu patogeni, costuri energetice al diferitelor caractere de viaţă, aprovizionarea cu alimente şi temperatura, astfel ne putem aştepta la selecţie divergentă din punctul de vedere al funcţiilor imune dealungul ciclului anual. Urmărind această logică, am investigat răspunsul imun constitutiv înnăscut celular şi umoral, respectiv câţiva variabile de fitnes al piţigoiului mare (Parus major) dealungul întregului ciclu anual. Timp de doi ani, săptămânal am capturat şi am inelat păsări, totalizând la 455 capturări şi 135 recapturări. Hematocritul, numărul leucocitelor, formula leucocitară şi immunoglobulinele totale au fost măsurate. Pe lângă variaţia sezonieră, am urmărit şi


VIII

ontogeneza răspunsului imun constitutiv înnăscut cât şi diferenţele între masculi şi femele. Valoarea hematocritului a fluctuat semnificativ pe perioada ciclului anual (F11,111 = 51.01, P < 0.0001), dar nu a fost influenţată de sex sau vârstă păsărilor (P > 0.05). Hematocritul a scăzut în timpul sezonului de reproducere, atingând valoarea minimă în timpul perioadei de năpârlire, în luna august. După năpârlire o fază de augmentare a fost descrisă pe parcursul luniilor de toamnă, atingând cea mai mare valoare iarna si primăvara. Numărul leucocitelor, heterofilele, limfocitele, raportul H/L şi concentraţia imunoglobulinelor sunt asemănătoare între clasele de vârstă şi sex (P > 0.05). Numărul leucocitelor nu s-a schimbat semnificativ în timpul anului (P > 0.05), în timp ce, heterofilele (F11,92 = 4.98, P < 0.0001, figura 5a), limfocitele (F11,92 = 2.85, P < 0.01, figura 5b) şi raportul H/L (F11,92 = 8.42, P < 0.0001) au arătat o variaţie pronunţată în timpul ciclului anual. Numărul heterofilelor şi raportul H/L au crescut în timpul sezonului de reproducere şi la începutul perioadei de năpârlire, din aprilie până în iulie, atingând valoarea maximă în prima jumătate a sezonului de năpârlire, în luna iulie. Din august şi până în noiembrie, când la piţigoii mari are loc năpârlirea anuală şi pregătirea pentru iarnă, numărul heterofilelor şi raportul H/L scad, atingând cea mai scăzută valoare în timpul iernii. Numărul limfocitelor arată un trend invers, cu cele mai scăzute valori la sfârşitul perioadei de reproducere şi începutul năpârlirii în luna iunie.

a)Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar

Months

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

Het

erop

hils

/ 10

4 red

bloo

d ce

lls

(c)

b)Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar

Months

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

82

84

Lym

phoc

ytes

/ 10

4 red

bloo

d ce

lls

(b)

Figura 5. Modificări ale numărului heterofilelor (a) şi limfocitelor (b) la piţigoii mari în

timpul ciclului anual. Valorile mediilor sunt indicate ± SE Concentraţia imunoglobulinelor a prezentat o variaţie semnificativă în timpul ciclului anual (F10,84 = 8.42, P < 0.0001, figura 6.), cu o creştere pronunţată pe perioada reproducerii şi a năpârlirii, atingând apogeul în a doua parte a perioadei de năpârlire, în luna septembrie. Ulterior, imunoglobulinele au scăzut atingând cel mai scăzut nivel în timpul iernii.


IX

Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb MarMonths

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

Imm

unog

lobu

lin c

once

ntra

tion

(opt

ical

den

sity

uni

ts)

(e)

Figura 6. Modificări în nivelul imunoglobulinelor totale la piţigoii mari în timpul ciclului

anual. Valorile mediilor sunt indicate ± SE Nivelul hematocritului la pui este semnificativ mai mic decât al părinţilor, iar concentraţia imunoglobulinelor este în mod semnificativ mai mare decât al femelelor adulte. WBC, heterofilele, limfocitele şi raportul H/L au fost asemănătoare între părinţi şi pui. Ca o continuare al studiului precedent, am evaluat componentele majore ale sistemului imun (înnăscut, dobândit, celular şi umoral) ale masculilor şi femelelor de vrabie de casă (Passer domesticus) dealungul stagiilor principale ai unei ciclu anual: (1) împerechere, (2) reproducere, (3) năpârlire şi (4) iernare pentru a determina schimbările specifice sexelor în activitatea imună. Cuantificările răspunsului imun au fost realizate atât în momentul capturării (răspunsul imun înnăscut) cât şi după introducerea şi menţinerea lor în captivitate (răspunsul imun dobândit). Pentru a maximaliza variabilele imunologice măsurate, păsările au fost repartizate în două grupuri, şi am cuantificat opt caracteristici ai răspunsului imun. Astfel la primul grup am măsurat capacitatea bactericidă faţă de E. coli şi Staphylococcus aureus, răspunsul imun umoral anti-SRBC şi cel celular indus împotriva lectinei PHA, iar la al doilea grup experimental titrul de anticorpi naturali, concentraţia complementului, şi răspunsul imun celular şi umoral faţă de KLH a fost determinată. Diferenţa dintre masculi şi femele în ceea ce priveşte răspunsurile imune a fost variabilă în timpul ciclului anual, trei din opt variabile imune prezentând o interacţiune semnificativă stadiu de viaţă × sex (reacţia inflamatorie PHA, titrul de anticorpi naturali, concentraţia de complement), iar cinci din cele opt variabile fiind diferite între masculi şi femele în timpul perioadei de împerechere (figura 7a-h). În toate cele cinci cazuri femelele au avut un răspuns imun mai puternic decât al masculilor, în timp ce în restul celorlalte trei stadii de viaţă nu a fost observată nici o diferenţă între sexe, cu excepţia concentraţiei anticorpilor naturali care, în timpul perioadei de năpârlire, a fost mai mare la femele decât la masculi.


X


XI

Figura 7a-h. Modificări sezoniere ale variabilelor imune la masculii (blocurile umplute)

şi femelele (blocurile deschise) de vrăbii de casă. Media ± SE În concluzie, în acest capitol am arătat că sistemul imun al speciilor aviare sedentare este variabil între cele două sexe şi între sezoane, şi că există un potenţial considerabil pentru reglajul fin al sistemului imun pentru stadii fiziologice specifice (ce ar putea diferi între sexe) şi condiţiile din mediu. Studii suplimentare sunt necesare pentru a determina aceste modificări fiziologice şi factorii biotici şi/sau abitoci care induc aceste variaţiile sezoniere ai răspunsului imun “sedentar”. Pe lângă factorii legaţi de gazdă (ex. ecologie, mecanisme de apărare) (Burtt şi Ichida 1999), abundenţa şi structura comunităţilor de bacterii se schimbă în funcţie de diferite factori ale mediului cum ar fi temperatura sau umiditatea (Bisson şi col. 2009). Un alt factor important al habitatului este radiaţia mediului, mai ales în era nucleară, deşi efectul ei asupra bacteriilor patogene foarte rar fusese luat în considerare. Catastrofa de la Cernobîl oferă o oportunitate rară de a studia consecinţele ecologice şi evoluţioniste ale radiaţiei mediului de grad scăzut asupra organismelor. Recent au apărut câteva studii privind efectul negativ al radiaţiilor asupra macroorganismelor (Møller şi Mousseau 2006), dar totuşi avem cunoştinţe puţine în cea ce priveşte consecinţele contaminării radiologice asupra diversităţii şi abundenţei microorganismelor. În ultimul capitol am examinat abundenţa bacteriană totală şi cheratinolitică şi a fungiilor asociate penajului indiviziilor de rândunici (Hirundo rustica) din populaţiile din jurul Cernobîlului, în relaţie cu nivelele de radiaţii din mediu. Probe de pene au fost recoltate de la indivizi alese aleatoriu capturate în 2007 şi 2008 la 10 ferme din zonele contaminate. Fermele sunt înconjurate de teren agricol deschis, copaci şi plantaţie împrăştiată, prezentând climă şi tip de habitat asemănător, dar diferite nivele de radiaţii. Nivelul radiaţiei a fost măsurată la fiecare fermă, şi corelate cu abundenţa microorganismelor asociate penajului. După excluderea din model a parametrelor nesimnificative legate de gazdă (sexul, greutatea corporală, lungime tarsus şi coadă, respectiv interacţiuni) şi după verificarea efectelor cauzate de mărimea coloniei, am constatat că abundenţa bacteriană totală cultivabilă în cazul penajului rândunelelor a fost negativ corelat cu nivelul radiaţiilor din


XII

mediu (F10,84 = 8.42, P < 0.0001, figura 8.). În contrast abundenţa bacteriilor cheratinolitice şi a fungilor nu era semnificativ corelată cu radiaţia (bacterii cheratinolitice: rs = -0.11, P = 0.26; fungi: rs = -0.08, P = 0.30).

Figura 8. Abundenţa bacteriilor totale cultivabile (CFU/mg pană) în raport cu nivelul

radiaţiei din mediu (μSv/h) din jurul Cernobîlului Constatările noastre despre efectul detrimental al radiaţiei din mediu asupra abundenţei ansamblurilor bacteriene din penele rândunicilor, constituie o generalizare a descoperirilor anterioare despre bacteriile din sol (Romanovskaya şi col. 1996, 1998). Aceste efecte ar putea avea implicaţii pe termen lung atât pentru interacţiunile gazdă-microbi cât şi pentru funcţionarea generală a ecosistemului, şi consolideze faptul că Cernobîlul şi împrejurimile sale constituie ecosisteme perturbate. Bibliografie 1. BENSKIN, C. M. H., WILSON, K., JONES, K. ŞI HARTLEY, I. R. (2009) Bacterial pathogens in wild birds: a review of the frequency and effects of infection. Biological Reviews 84: 349-373. 2. BISSON, I.-A., MARRA, P. P., BURTT JR., E. H., SIKAROODI, M. ŞI GILLEVET, P. (2009) Variation in plumage microbiota depends on season and migration. Microbial Ecology 58: 212–220. 3. BLANCO, G., LEMUS, J. A. ŞI GRANGE, J. (2006) Faecal bacteria associated with different diets of wintering red kites: influence of livestock carcass dumps in microflora alteration and pathogen acquisition. Journal of Applied Ecology 43: 990–998. 4. BUEHLER, D. M., PIERSMA, T., MATSON, K. ŞI TIELEMAN, B. I. (2008) Seasonal redistribution of immune function in a shorebird: annual cycle effects override adjustments to thermal regime. American Naturalist 172: 783–796. 5. BURTT, E. H. JR. ŞI ICHIDA, J. M. (1999) Occurrence of feather-degrading bacilli in the plumage of birds. Auk 116: 364–372. 6. COMBES, C. (2001) Parasitism. University of Chicago Press, Chicago, IL. 7. CRISTOL, D. A., ARMSTRONG, J. L., WHITAKER, J. M. ŞI FORSYTH, M. H. (2005) Feather-degrading bacteria do not affect feathers on captive birds. Auk 122: 222–230. 8. GALVÁN, I., BARBA, E., PICULO, R., CANTÓ, J. L., CORTÉS, V., MONRÓS, J. S., ATIÉNZAR, F. ŞI PROCTOR, H. (2008) Feather mites and birds: an interaction mediated by uropygial gland size? Journal of Evolutionary Biology 21: 133–144. 9. GIRAUDEAU, M., DUVAL, C., GUILLON, N., BRETAGNOLLE, V., GUTIERREZ, C., ŞI HEEB, P. (2010) Effects of access to preen gland secretions on mallard plumage. Naturwissenschaften 97: 577–581. 10. GUNDERSON, A. R., FORSYTH, M. H. ŞI SWADDLE, J. P. (2009) Evidence that plumage bacteria influence feather coloration and body condition of a passerine. Journal of Avian Biology 40: 440–447.


XIII

11. HAMILTON, W. D. ŞI ZUK, M. (1982) Heritable true fitness and bright birds: a role for parasites? Science 218: 384-387. 12. HAWLEY, D. A. ŞI ALTIZER, S. M. (2011) Disease ecology meets ecological immunology: understanding the links between organismal immunity and infection dynamics in natural population. Functional Ecology 25: 48-60. 13. HAWLEY, D. M., HANLEY, D., DHONDT, A. A. ŞI LOVETTE, I. J. (2006) Molecular evidence for a founder effect in invasive house finch (Carpodacus mexicanus) populations experiencing an emergent disease epidemic. Molecular Ecology 15: 263-275. 14. HUBÁLEK, Z. (1994) Pathogenic microorganisms associated with free-living birds (a review). Acta Scientiarum Naturalium Brno 28: 1-74. 15. HUBÁLEK, Z. (2004) An annotated checklist of pathogenic microorganisms associated with migratory birds. Journal of Wildlife Diseases 40: 639-659. 16. JACOB, J. ŞI ZISWILER, V. (1982) The uropygial gland. In: FARNER, D. S., KING, J. R. ŞI PARKES, K. C. (eds.). Avian Biology, Vol. 6. Academic Press, New York, NY. pp. 199–324. 17. JACOB, J., EIGENER, U. ŞI HOPPE, U. (1997) The structure of preen gland waxes from pelecaniform birds containing 3,7-dimethyloctan-1-ol - An active ingredient against dermatophytes. Zeitschrift für Naturforschung C52:114–123. 18. KULKARNI, S. ŞI HEEB, P. (2007) Social and sexual behaviours aid transmission of bacteria in birds. Behavioural Processes 74: 88-92. 19. LEE, K. A. (2006) Linking immune defenses and life history at the levels of the individual and the species. Integrative and Comparative Biology 46: 1000-1015. 20. LUCAS, F. S., MOUREAU, B., JOURDIE, V. ŞI HEEB, P. (2005) Brood size modifications affects plumage bacterial assemblages of European starlings. Molecular Ecology 14: 639–646. 21. MALLISON E. T., TATE, C. R., MILLER, R. G., BENNETT, B. ŞI RUSSEK-COHEN, E. (1989) Monitoring poultry farms for Salmonella by drag-swab sampling and antigen-capture immunoassay. Avian Diseases 33: 684–690. 22. MAUL, J. D., GANDHI, J. P. ŞI FARRIS, J. L. (2005) Community-level physiological profiles of cloacal microbes in songbirds (order: Passeriformes): variation due to host species, host diet, and habitat. Microbial Ecology 50: 19-28. 23. MØLLER, A. P. ŞI MOUSSEAU, T. A. (2006) Biological consequences of Chernobyl: 20 years on. Trend in Ecology şi Evolution 21: 200-207. 24. MØLLER, A. P., CZIRJÁK, G. Á. ŞI HEEB, P. (2009) Feather micro-organisms and uropygial antimicrobial defences in a colonial passerine bird. Functional Ecology 23: 1097-1102. 25. PAP, P.L., VÁGÁSI, C. I., OSVÁTH, G., MUREŞAN, C. ŞI BARTA, Z. (2010) Seasonality in uropygial gland size and feather mite abundance in house sparrows: natural covariation and an experiment. Journal of Avian Biology 41: 653–661. 26. PIERSMA, T., DEKKER, M. ŞI DAMSTÉ, J. S. S. (1999) An avian equivalent of make-up? Ecology Letters 2: 201–203. 27. RENEERKENS, J., PIERSMA, T. ŞI DAMSTÉ, J. S. S. (2005) Switch to diester preen waxes may reduce avian nest predation by mammalian predators using olfactory cues. Journal of Experimental Biology 208: 4199–4202. 28. RENEERKENS, J., VERSTEEGH, M. A., SCHNEIDER, A. M., PIERSMA, T. ŞI BURTT, E. H. JR. (2008) Seasonally changing preen-wax composition: Red Knots’ (Calidris canutus) flexible defense against feather-degrading bacteria? Auk 125:285–290. 29. ROMANOVSKAYA V.A., STOLYAR, S. M., MALASHENKO, YU. R. ŞI SHATOKIMA, E. F. (1996) The effect of prolonged radiation on the diversity of heterotrophic bacteria in the soils of the 10-km zone around Chernobyl NPP. Mikrobio. Zh. (Kiev) 58: 3-11. 30. ROMANOVSKAYA, V. A., SOKOLOV, I. G., ROKITKO, P. V. ŞI CHERNAYA, N. A. (1998) Effect of radioactive contamination on soil bacteria in the 10-km zone around the Chernobyl Nuclear Power Plant. Microbiology 67: 274-280. 31. SHAWKEY, M. D., MILLS, K. L., DALE, C. ŞI HILL, G. E. (2005) Microbial diversity of wild bird feathers revealed through culture-based and culture-independent techniques. Microbial Ecology 50: 40-47. 32. SHAWKEY, M. D., PILLAI, S. R. ŞI HILL, G. E. (2003) Chemical warfare? Effects of uropygial oil on feather-degrading bacteria. Journal of Avian Biology 34: 345–349. 33. SHAWKEY, M. D., PILLAI, S. R. ŞI HILL, G. E. (2009) Do feather-degrading bacteria affect sexually selected plumage colour? Naturwissenschaften 96:123–128. 34. WALDENSTRÖM, J., BROMAN, T., CARLSSON, I., HASSELQUIST, D., ACHTERBERG, R. P., WAGENAAR, J. A. ŞI OLSEN, B. (2002) Prevalence of Campylobacter jejuni, Campylobacter lari, and Campylobacter coli in different ecological guilds and taxa of migrating birds. Applied and Environmental Microbiology 68: 5911–5917. 35. ZUK, M. ŞI STOEHR, A. (2002) Immune defense and host life history. American Naturalist 160: S9–S22.

czirjÁk gÁbor ÁrpÁd - usamvcluj.ro · statistic (negativ sau pozitiv) între capacitatea...

Documents