Apicomplexa
1 Bevezetés
A törzs Apicomplexa az állatok kötelező parazitáiként élő egysejtű eukarióták csoportja. Ezek a protisták a gerinctelenektől kezdve a gerinctelen gazdaszervezetekig, mint például a polichéták (Rueckert et al., 2010), szipunculidák (Leander, 2006), fejes puhatestűek (Kopečná et al., 2006) vagy különböző rovarok (Hecker et al., 2002), egészen a hüllőkig, kétéltűekig és emlősökig, beleértve az embert is (Duszynski et al., 1999; Smith, 1996), fertőzik a metazoákat. Az Apicomplexa tartalmazza továbbá a Plasmodiumot, az ember legpusztítóbb parazitás betegségének, a maláriának a kórokozóját, valamint a Toxoplasma gondii nevű coccidiumot, az ember valószínűleg legelterjedtebb parazitáját, amelynek javasolt hatása van az ember viselkedésére (Flegr, 2007). Mint az egyik legkülönfélébb eukarióta csoport, amelynek becslések szerint több mint egymillió faja van (Pawlowski és mtsai., 2012), nem meglepő, hogy az apicomplexansok közé tartozik a vadon élő és háziállatok számos parazitája (Chartier és Paraud, 2012). Az apicomplexan paraziták taxonómiailag az alveolátákhoz, a protisták csoportjához tartoznak, amelybe a ciliáták (Ciliophora), a sejtfelszínükön számos csillószállal rendelkező, általában szabadon élő heterotróf protisták, valamint a makro- és mikronucleusok egyedi genetikai rendszerével rendelkező, többnyire fototróf dinoflagellák (Dinophyta), a vízi környezetben nagy ökológiai jelentőséggel bíró, különböző komplex plasztidokkal rendelkező algák is tartoznak (Adl et al, 2012).
A legtöbb apikomplexusról ismert, hogy egy sor jellegzetes struktúrát tartalmaz, különösen az apikális komplexet és az apikoplasztot. Míg az apikális komplex, egy kifinomult apparátus, amely rendszerint a kúpszárnyból, a rhoptriákból és a mikronémákból áll, a gazdasejtbe való behatolásra szolgál, addig az apikoplaszt egy másodlagos, nem fotoszintetikus plasztidot képvisel, amely egy feltételezhetően fotoszintetikus organellából származik. Ezt a maradék plasztidot négy membrán veszi körül, ami tükrözi a másodlagos vagy harmadlagos endoszimbiózisból származó összetett eredetét (áttekintve: Foth és McFadden, 2003; Lim és McFadden, 2010; Oborník és mtsai., 2009; Roos és mtsai., 1999). Genomja erősen redukálódott a 35 kb hosszú DNS-körre (Gardner et al., 1991; Kilejian, 1975), és nyoma sincs a fotoszintézisben részt vevő géneknek. Az apikoplaszt genomszerkezet, a géntartalom és a génszintenia meglehetősen konzervált az apicomplexansok között, ami alátámasztja ennek a korábban fotoszintetikus organellának az egységes eredetét (Denny és mtsai., 1998; Lang-Unnasch és mtsai., 1998). Azonban nem minden apicomplexans hordoz plasztidot. Bebizonyosodott, hogy a gerincesek, köztük az ember bélrendszerét parazitáló Cryptosporidium nemzetség tagjainak nincs apikoplasztisza (Abrahamsen et al., 2004; Xu et al., 2004; Zhu et al., 2000a). Sőt, az eugregarinákban, a gerinctelen gazdaszervezetekhez társuló, hatalmas sejtekkel rendelkező, korai elágazó apikomplexeknél is kudarcba fulladt minden kísérlet, hogy kimutassák ezt az organellumot (Toso és Omoto, 2007). A molekuláris filogenetika (Carreno et al., 1999; Zhu et al., 2000b) és néhány morfológiai szinapomorfia (Valigurová et al., 2007) alapján a két fent említett csoport szoros rokonságban állónak tűnik. Feltételezzük, hogy ezek az apicomplexanok röviddel a megszerzése után elvesztették plasztidjukat, mielőtt az organellum megszilárdult és nélkülözhetetlenné vált a parazita túléléséhez (Oborník et al., 2009).
Mégis az apicomplexan paraziták legfajgazdagabb és legelterjedtebb csoportjaiban, például a Coccidia, Piroplasmida és Haemosporidia (Lim és McFadden, 2010; Oborník et al., 2009). A legjobban vizsgált Plasmodium falciparumban ez a reliktum plasztid a sejt számára létfontosságúnak bizonyult, megszakítása az úgynevezett késleltetett halál hatásához vezet (Fichera és mtsai., 1995; He és mtsai., 2001; Pfefferkorn és mtsai., 1992; Ramya és mtsai., 2007). Az apikoplaszt tehát egy új ígéretes célpontot, sőt e kórokozók közmondásos Achilles-sarkát jelenti (Jomaa és mtsai., 1999; McFadden és Roos, 1999; Soldati, 1999; Wiesner és Jomaa, 2007; Wiesner és mtsai., 2008). Ennek az organellának a felfedezése vezetett ahhoz az úttörő felvetéshez, hogy ezek a heterotróf paraziták egy fototróf ősből, nevezetesen egy komplex plasztidnak otthont adó algából fejlődtek ki (McFadden és mtsai., 1996). Bár az apikoplaszt nyilvánvalóan elvesztette fő plasztidfunkcióját, és így már nem fotoszintetikus, számos valószínűleg lényeges anyagcsereútvonal még mindig ebben az organellumban zajlik, például a hem bioszintézis (Kořený et al., 2011, 2013; van Dooren et al., 2012; Wilson, 2002; Williams és Keeling, 2003), a zsírsavszintézis (Goodman és McFadden, 2008) vagy a nem mevalonát izoprenoid szintetikus útvonal (Jomaa et al., 1999; áttekintve: Ralph et al., 2004). Azt javasolták, hogy különösen a hem (tetrapirrol) bioszintetikus útvonal játszik fontos szerepet a plasztidveszteségekben, amelyekről ismert, hogy gyakran előfordulnak, különösen az alveolátok és stramenopilek evolúciója során (Barbrook et al., 2006; Kořený et al., 2011, 2012; Kořený és Oborník, 2011). Tény, hogy a megfelelő maláriaellenes gyógyszercélpont keresése során jelentős figyelmet fordítottak a hem-útvonalra (Seeber és Soldati-Favre, 2010; van Dooren és mtsai., 2012). A közelmúltban azonban az apikoplasztiszától megszabadított Plasmodium elegáns kémiai megmentésével kimutatták, hogy az erythrocytás (=vérpályás) stádiumai számára az apikoplasztisz által termelt egyetlen valóban esszenciális vegyület az izopentenil-pirofoszfát, a nem-mevalonát izoprenoid útvonal terméke (Yeh és DeRisi, 2011).
Bár az apikoplasztot körülvevő membránok számának köszönhetően nyilvánvalóvá vált, hogy egy legalább másodlagos endoszimbiózisból származó komplex plasztidról van szó (Köhler et al., 1997; McFadden et al., 1996), a zöld vagy vörös plasztidok vonalán belüli konkrét eredete sokáig ismeretlen maradt. Eddig az algáknak csak két csoportja ismert másodlagos zöld plasztiddal, nevezetesen a fotoszintetizáló Euglenophyta és Chlorarachniophyta, amelyek az excavatiókhoz, illetve a rhizariákhoz tartoznak. Mindkét protistacsoport feltehetően viszonylag nemrég szerezte plasztidjait (Archibald, 2012). Az összes többi ismert, másodlagos plasztidokat tartalmazó algacsoport, mint például a Stramenopila, az Alveolata, a Cryptophyta és a Haptophyta, egy vörös algával való endoszimbiózis révén jutott hozzájuk. Azonban még a dinoflagellátumokon belül is, a többnyire másodlagos vörös plasztiddal rendelkező alveoláták fajgazdag csoportján belül is leírtak két olyan fajt (Lepidodinium viride és L. chlorophorum), amelyek zöld másodlagos plasztiddal rendelkeznek (Takishita et al., 2008; Watanabe et al., 1990). A kromeridák felfedezése előtt (Moore és mtsai., 2008) a dinoflagellák az Apicomplexa testvérpozíciójuk miatt e kötelező paraziták legközelebbi ismert fototróf rokonait képviselték (Zhang és mtsai., 2000). Sajnos, mivel az apikoplaszt elvesztette minden fotoszintetikus funkcióját, és mivel a dinoflagellata peridinin-pigmentált plasztid genomja rendkívül szűk fotoszintetikus génkészletre redukálódott (Barbrook és Howe, 2000; Green, 2004; Zhang et al., 1999), e rokon alveoláták plasztidgenomjai gyakorlatilag nem fedik egymást (Keeling, 2008), és így értelmes összehasonlításon kívül esnek. A két csoport egyetlen közös génje az rRNS-eket kódoló gének, azonban ezek rendkívüli AT-gazdagsága és divergenciája erősen kérdésessé teszi a megbízható filogenetikai elemzést (Dacks et al., 2002; Howe, 1992; Oborník et al., 2002; Zhang et al., 2000). Következésképpen az apikoplasztikus gének számos filogenetikai elemzése ellentmondásos eredményekre vezetett. Míg a tufA géneken alapuló elemzések az apikoplasztisznak a zöld vonalból való származását támogatták (Egea és LangUnnasch, 1995; Köhler et al., 1997), más szerzők a zöld vonalon kívüli (Blanchard és Hicks, 1999) vagy a vörös plasztisz vonalán belüli (Williamson et al., 1994) eredetet javasoltak. Ez utóbbi eredetet támasztja alá az apikoplaszt genom szuperplasztid operonjának, a génszinteniának a szerkezete is, amely inkább a vörös, mint a zöld plasztid genomokkal homológ (Blanchard és Hicks, 1999; McFadden és Waller, 1997; Stoebe és Kowallik, 1999; Zhang et al., 2000). Ennek ellenére a zöld forgatókönyv ismét játékba került, amikor mind az apicomplexusok, mind a hüvelyes növények nukleáris genomjában megtalálták az egyedileg osztott cox2 géneket (Funes és mtsai., 2002). Más kutatók azonban kimutatták, hogy ez az elrendeződés már a csillósoknál is jelen van, és nyilvánvalóan többször is kialakult az evolúció során (Waller és Keeling, 2006; Waller et al., 2003). Az apikoplaszt kétértelmű filogenezise tükrözi a gyorsan fejlődő génjeinek szélsőséges divergenciáját. Valóban, a P. falciparum apikoplaszt génjeinek AT-tartalma elérheti a 97%-ot, és az ilyen elfogult szekvenciák filogenetikai elemzéseit erősen befolyásolják a különböző filogenetikai artefaktumok, beleértve a hosszú ágak vonzásának jelenségét (Dacks et al., 2002).
A fotoszintetikus alveoláták Chromerida nevű új csoportjának felfedezése azonban igazi áttörést jelentett ebben a tekintetben (Moore et al., 2008; Oborník et al., 2012). Ezek az algák viszonylag konzervált plasztidgenomot tartalmaznak, amelynek génrepertoárja átfedésben van az apikomplexumok és a dinoflagellák plasztidjaival. Sőt, egyértelműen kimutatták, hogy a kromerid plasztid a legközelebbi ismert fototróf rokona az apikoplasztisznak. A magból kódolt génekből származó, felhalmozódó bizonyítékok továbbá azt mutatták, hogy a kromeridák közös ősökkel rendelkeznek az Apicomplexa fajokkal (Janouškovec et al., 2010; Kořený et al., 2011; Moore et al., 2008; Oborník et al., 2009).