Napjainkban a földi életformák egyre súlyosbodó kihalási hullámának lehetünk szemtanúi. A klimatikus viszonyok rendkívül gyors változása, az élőhelyek feldarabolódása és méretük csökkenése, illetve a környezetszennyezés mellett az újonnan felbukkanó fertőző betegségek jelentik az egyik legnagyobb veszélyt az amúgy is fogyatkozó populációk számára.
A kétéltűek (békák, farkos kétéltűek és lábatlan kétéltűek) közé tartozó fajok alkotják az egyik leginkább veszélyeztetett állatcsoportot, a Természetvédelmi Világszövetség (IUCN) Vörös Listája alapján a fajok mintegy 41 százalékát fenyegeti kihalás. A kétéltűfajok többségének vízhez és szárazföldhöz egyaránt erősen kötődő életmenete, valamint különleges biológiai jellemzőik (féligáteresztő bőr, bőrlégzés fontossága, külső megtermékenyítés és fejlődés, meszes tojáshéj hiánya stb.), különösen érzékennyé teszik őket a klímaváltozásra és a környezetszennyezésre. Emellett élőhelyeik leromlása és eltűnése, de a fertőző betegségeik globális kereskedelemmel együtt járó terjedése is mind hozzájárulnak populációméreteik csökkenéséhez és egyre több faj kihalásához.
A kétéltűek fertőző betegségei közül az egyik legfenyegetőbb a kitridiomikózis, mely az utóbbi három évtizedben világszerte már több mint 500 faj esetében okozott nagymértékű állománycsökkenést, és körülbelül 90 esetben az adott faj kipusztulásához vezetett. A kitridiomikózist két mikroszkopikus gombafaj okozza: a széles körben elterjedt, gazdafajok szempontjából nem válogatós Batrachochytrium dendrobatidis (továbbiakban röviden: Bd), illetve közeli rokona, a kizárólag farkos kétéltűeket fertőző Batrachochytrium salamandrivorans.
Az Agrártudományi Kutatóközpont Lendület Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportjánál Hettyey Attila vezetésével a kétéltűeket veszélyeztető egyéb tényezők mellett kutatásaink egyik fő területe a Bd által okozott kitridiomikózis vizsgálata hazai békafajok egyedein. Jelenlegi tudásunk alapján a Bd-nek több törzse is létezik, melyek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. A legveszélyesebb, rendkívül fertőző és magas halálozási aránnyal járó Bd-GPL törzs a Koreai-félszigetről származik, ahonnan a XX. század elejétől emberi tevékenységek nyomán, főként a kétéltűek kereskedelme révén terjedhetett szét, és ma már az egész világon megtalálható. Súlyos mértékű elhullást okozott Dél-Amerikában és Afrikában, különösen a trópusi területek magashegységi régióiban, de megjelenését tömeges elhullások követték Észak-Amerikában, Ausztráliában és Európában is. A Bd-t Magyarországról is kimutatták vadon élő békaegyedekről, többek között gyepi béka (Rana temporaria) és sárgahasú unka (Bombina variegata) példányokról, de hazánkban még nem tapasztaltak a kitridiomikózis számlájára írható nagymértékű pusztulást. Ennek ellenére fontos, hogy a gomba tulajdonságait, illetve a kétéltűek fertőzésre adott válaszait minél pontosabban megismerjük, hogy a későbbiekben hatékonyan léphessünk fel a betegség ellen.
Tömegben gyorsabban terjed
Eddigi ismereteink szerint a gomba ivartalanul, úgynevezett zoospórákkal szaporodik, melyek vizes közegben aktív mozgással terjednek. A zoospórák a kétéltűek bőrének magas keratintartalmú sejtjeit képesek megfertőzni, így ebihalaknál a szájképletben, felnőtt állatoknál főleg a hason és a lábakon találhatóak. A bőr alsóbb rétegeibe jutva a zoospórák újabb zoospórákat termelő sporangiumokká alakulnak. A fertőzés szétterjedésével (vagyis általában közvetlenül a kétéltű egyedek átalakulása után, amikor megnő a keratinizált bőrfelület aránya) jellemzően intenzív hámlás kezdődik meg, és a kültakaró egy idő után már nem képes ellátni az állat só- és vízháztartásának szabályozását. Ez súlyos esetben a fertőződés után néhány héttel szívleálláshoz és így az állat pusztulásához vezethet.
Mivel az ebihalak szarus szájképlete testfelületük igen alacsony százalékát teszi ki, az ebben az életkorban megfertőződő egyedeknél az átalakulásig jellemzően nem alakulnak ki a kitridiomikózis tipikus klinikai tünetei. Előfordulhat, hogy a gomba miatt az ebihal szájképlete enyhébb deformitásokat szenved, ami miatt az állat kevesebb táplálékot tud magához venni, de általában ez nem jár végzetes következményekkel. Éppen ezért a Bd-vel fertőzött ebihalak tünetmentes hordozóként (úgynevezett rezervoárként) továbbadhatják a gombát érzékenyebb életciklusban lévő fajtársaiknak, vagy akár más fajok egyedeinek is. Ez különösen azokra a fajokra lehet igaz, melyeknél a fiatal egyedek ebihalként vagy lárvaként telelnek át, így következő tavasszal megfertőzhetik a szaporodóhelyre visszatérő felnőtt egyedeket is. Bizonyos békafajok esetében az ebihalak előszeretettel gyűlnek nagy létszámú csapatokba, hogy ezzel is csökkentsék az egy egyedre nehezedő predációs nyomást. Ez a csoportosulási viselkedés szintén hozzájárulhat a Bd terjedéséhez, mivel korábbi kutatások már kimutatták, hogy a nagyobb egyedsűrűség egyenes arányban áll a fertőzés terjedésének mértékével. A felnőtt békák az ebihalakkal ellentétben általában magányosan, egymástól elkülönülten élnek. Ez alól csak a szaporodási időszak, illetve bizonyos esetekben a telelés jelent kivételt. Ezért a kitridiomikózis megállítása, terjedésének lassítása érdekében az ebihalak megelőző jellegű gombaellenes kezelése kulcsfontosságú lépés lehet.
Lázas keresgélés a megoldás után
Mégis, hogyan lehetne a kétéltűeket megszabadítani egy ilyen komoly egyedszámcsökkenéseket okozó, fertőző gombás betegségtől? Számos tanulmány született már a lehetséges megoldásokról, mint például gombaölőszerek vagy épp probiotikumok használata, vakcinálás, és az ellenálló egyedek mesterséges szaporítása. Néhány békafaj bőrének szimbionta baktériumai, vagy éppen maguk a békák is termelhetnek olyan anyagokat, melyek gátolják a Bd megtelepedését és szaporodását. A gombaölő hatású vegyszerekkel történő kémiai védekezés több formája is sikeresnek bizonyult laboratóriumi körülmények között, ám ezen anyagok felhasználása nagy körültekintést igényel mind a laboratóriumban, mind az állatok természetes élőhelyén. A gombaölőszerek többsége magukra a kétéltűekre nézve is káros lehet, valamint természetes körülmények között az állatok környezetét és más élőlényeket is károsíthat. Ám létezik más megoldás is, amely lehetőséget ad a kétéltűek kezelésére anélkül, hogy a környezet is károsodna, emellett az állatok alapvető viselkedési formáit kihasználva igen hatékony módja lehet a gomba elleni védekezésnek.
Változó testhőmérsékletű állatok lévén, a kétéltűek viselkedési aktivitása (menekülési, táplálkozó és szaporodási képességük), növekedése és fejlődése az élettani folyamataik hatékonyságának hőmérsékletfüggése okán egyaránt erősen függ a környezetük hőmérsékletétől. Éppen ezért főleg egyedfejlődésük korai szakaszában, ebihalként, kifejezetten keresik a meleg helyeket. Emellett, mivel élettani folyamataik felpörgetésével nem képesek lázat előidézni a szervezetükben, megbetegedésük esetén, illetve annak elkerülése érdekében is aktívan keresik a környezet legmelegebb pontjait, például napfoltos helyeket. Ez az úgynevezett „viselkedési láz”, melyet már több kétéltűfajnál is leírtak. Ezt a viselkedési lázat kihasználva a környezet melegítésével, fűthető búvóhelyek kihelyezésével az ebihalakat alternatív módon, vegyszerek felhasználása nélkül lehetne kezelni a kitridiomikózis ellen. A hőkezelés azért is lehet jó megoldás, mivel a legtöbb kétéltűfaj akár 32 °C-ig is elviseli a hőmérséklet emelését, míg a kitridiomikózist okozó gomba számára optimális hőmérséklet hozzávetőlegesen 17-25 °C között található és nagyjából 28 °C-ig képes életben maradni.
Hány fokig bírja a gomba a laboratóriumban?
Doktori képzésem alatt elsődleges célom az, hogy a gomba és a gazdafajok hőtűrése között mutatkozó eltérést kihasználva kialakítsak egy ebihalaknál alkalmazható, optimális és megbízható Bd-ellenes hőkezelést. Ennek első lépéseként kíváncsi voltam arra, hogy a gomba a gazdaszervezet befolyása nélkül, laboratóriumi táptalajon tartva, meddig viseli el a hőmérséklet emelését, és mi a legalacsonyabb hőmérséklet, amely már gátolja a növekedését. Ehhez steril sejttenyésztő flaskákban, folyékony táplevesben tartott gombatenyészeteket 5 különböző hőmérséklet (21, 25,5, 27, 29 és 30,5 °C) és 6 különböző időtartam (3, 4, 5, 6, 7 és 8 nap) kombinációinak tettem ki. A kezelési idő letelte után fénymikroszkóp és sejtszámláláshoz használatos Bürker-kamra segítségével becsültem a gombasejtek koncentrációját. A kísérlet eredményei alapján a gomba 21 °C-on intenzív növekedést mutat, ám ehhez képest 25,5 °C-on már csak körülbelül feleakkora maximális koncentrációt képes elérni. 27 °C-on, illetve az ennél magasabb hőmérsékleteken nem tapasztaltunk számottevő növekedést a zoospórák kezdeti koncentrációjához képest (2. ábra). Ezen információk birtokában már élesben, ebihalakat fertőzve is vizsgálhattuk a megemelt hőmérséklet gomba elleni hatékonyságát.
Gyógyfürdő
A kísérlethez barna varangy (Bufo bufo) petéket gyűjtöttünk be, amelyeket laboratóriumi körülmények között, állandó hőmérsékleten tartottunk. Az állatok tartóvize szűrt, UV-fénnyel sterilizált majd visszasózott víz volt, melyet legalább hetente kétszer cseréltünk, táplálékként pedig előfőzött, darált spenótot kaptak. Kelés után az ebihalak egyik felét 3-4 naponta, összesen 5 alkalommal a kitridiomikózist okozó gomba súlyosan fertőző, magas halálozási aránnyal járó törzsével fertőztük meg.
A fertőzés kezdete után 21 nappal 1,5 liter szűrt vizet tartalmazó műanyag dobozokba helyeztük őket egyesével. A dobozokat tizenkettesével nagyméretű, vízzel töltött tálcákba helyeztük (3. ábra). A tálcákban akváriumi vízmelegítő és vízkeverő biztosította az egyenletes hőmérsékletet, amit így az ebihalak nevelődobozaiban található víz is átvett. Hogy a hatásos hőkezeléshez szükséges legalacsonyabb kezelési hőmérsékletet és legrövidebb időtartamot meghatározhassuk, a korábbi kísérletünkre alapozva az állatokat 5 különböző hőmérséklet (22, 27, 28, 29 és 30 °C) és 3 különböző időtartam (2, 4, és 6 nap) kombinációiban kezeltük. A kezelési idők letelte után az ebihalakat tovább neveltük, amíg az átalakulásuk teljesen végbe nem ment, majd kíméletesen túlaltattuk őket. A fertőzöttségük mértékének megállapításához eltávolítottuk az állatok hátsó lábainak lábujjait, majd ezekből a szövetmintákból DNS kivonást követően egy speciális molekuláris módszerrel (valós idejű PCR) meghatároztuk az azokban található gombasejtek mennyiségét.
Eredményeink érdekes módon azt mutatták, hogy 22 °C-on, ami a gomba számára elméletileg még ideális a növekedéshez, a barna varangyok mindössze 40 százaléka maradt fertőzött, ami a körülményekhez képest rendkívül alacsony arány. Elképzelhető, hogy ezen a hőmérsékleten az állatok immunrendszere nagy hatékonysággal működik, ami sokuknál vissza tudta szorítani a fertőzést. 27 °C-on a laboratóriumi előkísérletnek némiképp ellentmondó eredményt kaptunk, mivel a kezelés hosszától függően még a varangyok viszonylag magas (33-59) százaléka maradt fertőzött, miközben a táplevesben tartott gombatenyészetek növekedését már erőteljesen gátolta ez a hőmérséklet. A 28 °C-os kezelés 6 napig alkalmazva már az összes egyedről eltüntette a gombát. Ezen kívül a 4 vagy 6 napig tartó 29 °C-os és 30 °Cos kezelések is hatásosnak bizonyultak. Meglepetésünkre a 2 napig alkalmazott 29 °C-os kezelésnél volt a legmagasabb a fertőzött egyedek aránya: az állatok 90 százalékából mutattuk ki a gombát. Ennek az lehet a magyarázata, hogy ez a hőmérséklet
már elég magas ahhoz, hogy az ebihalakra negatív hatást fejtsen ki, ám még nem elég magas ahhoz, hogy ezt ellensúlyozva a gombára is kellőképpen negatív hatással legyen. Összességében tehát a mindössze 2 napig tartó kezelések nem elegendőek még 30 °C-on sem a gomba ellen, de egy 6 napig tartó 28 °C-os kezelés már megfelelő lehet. Ezen eredmények változhatnak annak függvényében, hogy melyik békafajt, illetve a gomba melyik törzsét vizsgáljuk, ezért fontos további kísérletekben, más kétéltűfajokon és más Bd-törzseket is bevonva tesztelni a hőkezelés hatását.
Csoportos fürdőzés
Egyértelmű, hogy egy ilyen, laboratóriumban elvégzett kísérlet eredményeit nem vetíthetjük ki egy az egyben a természetes környezetre. A kitridiomikózis lefolyását, a tünetek súlyosságát és a betegség egyedek közötti terjedését számos egyéb tényező is befolyásolhatja a gazdaegyed jellemzőin túl, mint például a fajtársak és más kétéltűfajok egyedeinek jelenléte. Ezért az egyesével tartott ebihalakon végzett kísérletek mellett különböző egyedszámú és fajösszetételű csoportokban is vizsgálni kellene a Bd-fertőzés egyeden belüli és csoportszintű dinamikáját. Fontos lenne tudni, hogy az ebihalak valóban felkeresik-e a melegített búvóhelyet, illetve eltöltenek-e ott annyi időt, ami elegendő a fertőzés legyőzéséhez.
Emellett szükséges lenne vizsgálni, hogy milyen egyedsűrűség mellett tud még hatékonyan működni a rendszer.
Ha túl meleg a víz
Mielőtt a hőkezelést természetes körülmények között is alkalmaznánk, fontos megvizsgálnunk, hogy nincsenek-e esetlegesen káros mellékhatásai magukra a kétéltűekre vagy a környezetükben élő más élőlényekre nézve. Káros mellékhatás lehet például az, ha az ebihalak fejlődése vagy növekedése jelentősen lelassul a megemelt hőmérséklet hatására, ami csökkentheti túlélési esélyeiket. Egy további, rejtett mellékhatás a magas hőmérséklet ivari fejlődést megzavaró hatása. A kétéltűek ivara alapvetően genetikailag, ivari kromoszómák által meghatározott, ám az egyedfejlődés korai szakaszában (az ebihal stádiumnak is csak egy bizonyos intervallumában) a környezet hőmérséklete is módosíthatja azt. Ez hasonló ahhoz a jelenséghez, ami például teknősöknél és krokodiloknál is előfordul: a tojásokban fejlődő embriók nemét a fészekben uralkodó hőmérséklet határozza meg.
Kétéltűeknél jellemzően az ebihal korban magas hőmérsékletnek kitett egyedek hím ivarszerveket fejlesztenek ki, még akkor is, ha genetikailag nőstények. Ezen kívül annak is megnő az esélye, hogy a hőmérséklet által befolyásolt egyedeknek hím- és női ivarszövetei/szervei is kialakulnak, azaz úgynevezett interszexuális egyed jön létre. Az interszexuális egyedek az esetek túlnyomó többségében nem képesek szaporodni, mivel egyik ivarmirigyük sem fejlődik ki kellő mértékben.
Kutatócsoportunk egy további vizsgálatban arra a kérdésre kereste a választ, hogy a lárvális fejlődés különböző szakaszaiban alkalmazott hőkezelés befolyásolja-e a vizsgált csoportok ivararányát. Erdei békák (Rana temporaria) esetében a 6 napig tartó 28 és 30 °C-os kezelések egyértelműen a hím egyedek drasztikus túlsúlyát okozták a nőstényekhez képest. Ezzel szemben barna varangyoknál nem tapasztaltuk az ivararány eltolódását a hőkezelés hatására. A kísérlet eredményeiről bővebben az Élet és Tudomány 2020/29-es számában olvashatnak.
Jöhet a béka-wellness?
Eredményeink bizakodásra adnak okot a hőkezelés sikerességét illetően, ezért jövőbeni célunk az, hogy kifejlesszünk egy laboratóriumban, vagy akár természetes körülmények között is alkalmazható fűtött búvóhelyet ebihalak és átalakult egyedek számára is, ami lehetőséget ad az állatoknak arra, hogy önmagukat gyógyítsák a felkínált meleg mikrokörnyezet segítségével. A lehetséges negatív mellékhatások elkerülése céljából, és mert a természetbeni felhasználásnak energetikai korlátai is vannak, a lehető legalacsonyabb olyan hőmérsékletet szeretnénk használni, ami már hatásos a gomba ellen. Reményeink szerint a hőkezelés önmagában, vagy akár más, vegyszermentes kezelési módokkal együtt alkalmazva hatékony módja lesz a kitridiomikózis feltartóztatásának.
KÁSLER ANDREA
Nyitóképen: A foltos szalamandrát is fenyegeti a kitridiomikózis
A cikk a TIT és a DOSZ ismeretterjsztő cikkpályázatán I. díjat nyert.
IRODALOM
[1] Baláž V., Vörös J., Civiš P., Vojar J., Hettyey A., Sós E., Dankovics R., Jehle R., Christiansen D.G., Clare F., Fisher M.C., Garner T.W.J., Bielby J. (2014) Assessing Risk and Guidance on Monitoring of Batrachochytrium dendrobatidis in Europe through Identification of Taxonomic Selectivity of Infection. Conservation Biology. 28:213–223.
[2] Fisher M.C., Garner T.W.J. (2020) Chytrid fungi and global amphibian declines. Nature Reviews Microbiology 18.
[3] Hettyey A., Ujszegi J., Herczeg D., Holly D., Vörös J., Schmidt B.R., Bosch J. (2019) Mitigating Disease Impacts in Amphibian Populations: Capitalizing on the Thermal Optimum Mismatch Between a Pathogen and Its Host. Frontiers in Ecology and Evolution. 7.
[4] Hettyey A., Bertalan R., Ujszegi J., Ujhegyi N., Bókony V. (2020) Eltűnnek a békalányok? – A klímaváltozás hatása kétéltűek ivari fejlődésére. Élet és Tudomány, 2020/29.
A cikk a Természet Világa 2021. januári számában (152. évf. 1. sz.) jelent meg.
