Ο μύκητας που μετατρέπει τα μυρμήγκια σε ζόμπι και τους κλέβει το μυαλό

Φανταστείτε το σώμα σας να χειραγωγείται σαν μαριονέτα ενώ ο συνειδητός εγκέφαλός σας παρακολουθεί. Για ορισμένα είδη μυρμηγκιών, αυτό το φαινομενικά σενάριο επιστημονικής φαντασίας είναι μια συχνή πραγματικότητα. Μια χούφτα μύκητες έχουν τη μοναδική ικανότητα να καταλαμβάνουν το νευρικό σύστημα ενός εντόμου ξενιστή, εισβάλλοντας στον ιστό του και κατευθύνοντας την κίνησή του ενώ τρώει αργά τον οργανισμό από μέσα.

Οι ερευνητές του Penn State ανακάλυψαν πρόσφατα τις συγκλονιστικές λεπτομέρειες πίσω από αυτό το μοναδικό παράδειγμα παρασιτισμού. Χρησιμοποιώντας το σύμπλεγμα ειδών μυκήτων Ophiocordyceps unilateralis , η ερευνήτρια Maridel Fredericksen και οι συνάδελφοί της έχουν δείξει σε ποιο βαθμό μικροσκοπικά σπόρια μυκήτων καταλαμβάνουν το σώμα ενός μυρμηγκιού, γιγαντιαία σε σύγκριση. Όταν ένα σπόρο του O. unilateris προσγειώνεται σε ένα είδος μυρμηγκιού ξυλουργού (Camponotus castaneus ), διεισδύει στον εξωσκελετό του εντόμου και εισέρχεται στο κυκλοφορικό σύστημα ως κύτταρο που επιπλέει ελεύθερα. Μέσα σε μόλις 16-25 ημέρες ο μύκητας εξαπλώθηκε σε όλο το σώμα του μυρμηγκιού. Συσσωματώματα κυττάρων αναγκάζουν το μυρμήγκι να σκαρφαλώσει προς τα πάνω προς το φως και να αγκυρώσει το σαγόνι του σε ένα φύλλο. Μετά από αυτό το σημείο, ο μύκητας σκοτώνει τον ξενιστή του και απελευθερώνει νέα σπόρια για να συνεχίσει τον κύκλο της μόλυνσης. Ωστόσο, παραμένουν ερωτήματα σχετικά με την έκταση της εισβολής μυκήτων στο σώμα του μυρμηγκιού.

Χρησιμοποιώντας τεχνικές μικροσκοπίας αιχμής, ο Fredericksen έχει απεικονίσει λεπτομερώς την ανάπτυξη του μύκητα μέσα στο σώμα του μυρμηγκιού. Κύτταρα του O. unilateralis αρχίζουν να αναπτύσσονται σε ένα πολύπλοκο, πολυκύτταρο δίκτυα, που συλλογικά ονομάζεται μυκήλιο, που συγκεντρώνεται στη γνάθο του μυρμηγκιού και μέσα στα πόδια του. Αυτό που προκαλεί έκπληξη είναι ότι ο εγκέφαλος, αν και περιβάλλεται από μια πληθώρα μυκητιακών κυττάρων, διατηρείται.

Πώς τότε ο μύκητας «καταλαμβάνει» το σώμα του μυρμηγκιού; Λειτουργεί ο μύκητας σαν μαριονέτα, μετακινώντας το μυρμήγκι από μέσα στην επιθυμητή θέση; Η απεικόνιση λεπτής κλίμακας δείχνει μυκητιακά κύτταρα που μοιάζουν με νήματα να αναπτύσσονται μεταξύ των υποβαθμισμένων μυϊκών ινών και αρχίζουν να συνεργάζονται με τη σύντηξη μεταξύ τους. Αυτό είναι ένα συνηθισμένο φαινόμενο στον παράξενο κόσμο των μυκήτων:κύτταρα που μοιάζουν με νήματα από ένα μεμονωμένο άτομο, ή ακόμα και πολλαπλά, μπορούν να συγχωνευθούν για να δημιουργήσουν ένα πολύπλοκο δίκτυο κυττάρων με μερικές φορές εκατοντάδες διασυνδέσεις. Στην περίπτωση του O. unilateralis , αυτό είναι πιθανότατα ένα μέσο συγχρονισμού του χειρισμού του σώματος του μυρμηγκιού –– ένα είδος «ζόμπι μυρμηγκιών».

Αντί να κινεί απευθείας τα άκρα του μυρμηγκιού, O. unilateralis εκκρίνει ένα κοκτέιλ χημικών ουσιών, που αναφέρονται ως δευτερογενείς μεταβολίτες, που έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχουν τη συμπεριφορά του ξενιστή. Πιο ανατριχιαστικά, ο μύκητας ανιχνεύει εγκεφάλους έναντι μυών, καθώς το χημικό προφίλ του μύκητα διαφέρει ανάλογα με τον ιστό του μυρμηγκιού που μολύνει. Αν και εξακολουθεί να είναι μυστήριο γιατί ο μύκητας αποφεύγει να αποικίσει τον εγκέφαλο, έμμεσα στοιχεία από διαφορετικά προφίλ μεταβολιτών υποδηλώνουν ότι ο μύκητας παίρνει τον έλεγχο του υπάρχοντος νευρικού συστήματος του μυρμηγκιού μέσω χημικών σημάτων, παίρνοντας ουσιαστικά όμηρο το έντομο από μέσα προς τα έξω.

Συναρπαστικά, ο ακραίος κύκλος ζωής του O. unilateralis δεν είναι εντελώς μοναδικό, και υπάρχουν παραδείγματα παρασίτων που σχετίζονται από απόσταση που δείχνουν εκπληκτικά ανάλογες συμπεριφορές. Αυτές οι ομοιότητες είναι ένα ακραίο παράδειγμα «συγκλίνουσας εξέλιξης», ενός βιολογικού φαινομένου που αποδεικνύεται πιο συχνά από μια σύγκριση μεταξύ των φτερών των πτηνών και των νυχτερίδων. Μετά από εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, οι μορφολογίες των άκρων πουλιών και νυχτερίδων μοιάζουν πολύ μεταξύ τους για να επιτευχθεί ένας κοινός στόχος, η πτήση, παρόλο που προέρχονται από δύο μακρινούς συγγενείς φυλές. Εκατοντάδες παραδείγματα συγκλίνουσας εξέλιξης υπάρχουν σε όλο το δέντρο της ζωής, αλλά η ικανότητα των παρασίτων να κλέβουν το ανοσοποιητικό σύστημα των ξενιστών τους είναι ίσως η πιο μοναδική. Ο. unilateralis δεν είναι ο μόνος οργανισμός που προκαλεί παρόμοιους χειρισμούς συμπεριφοράς των ξενιστών του:ο μύκητας Pandora formicae και το μικροσκοπικό σκουλήκι Dicrocoelium dendriticum έχουν εντυπωσιακά παρόμοιο τρόπο ζωής.

Ευτυχώς, κανένας μηχανισμός ελέγχου του εγκεφάλου των μυκήτων δεν έχει εξελιχθεί σε στοχευμένους ανθρώπους (ακόμα!). Ωστόσο, η καλύτερη κατανόηση των μέσων με τα οποία ο O. unilateralis μπορεί να στοχεύσει συγκεκριμένα είδη και ιστούς μυρμηγκιών θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Τα συμπτώματα ορισμένων εξουθενωτικών ασθενειών, όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας και η εγκεφαλική παράλυση, περιλαμβάνουν κατεστραμμένες αλυσίδες επικοινωνίας εγκεφάλου-νευρώνα-μυών. Δεν είναι απίθανο να φανταστεί κανείς ότι χαρακτηρίζοντας πληρέστερα πώς ο Ο. unilateralis χρησιμοποιεί συγκεκριμένους δευτερογενείς μεταβολίτες για να προκαλέσει χημικά την κίνηση του ξενιστή μπορεί να ανοίξει το δρόμο για νέα φάρμακα που μετριάζουν τα συμπτώματα ατόμων με νευρομυϊκές διαταραχές. Οι βελτιωμένοι μηχανισμοί στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων σε συγκεκριμένους ιστούς θα μπορούσαν να έχουν εκτεταμένες εφαρμογές, από καλύτερα κατευθυνόμενες αντικαρκινικές θεραπείες έως κοινά αντιβιοτικά.

Αναφορά:

• Fredericksen, M., Zhang, Y., Hazen, M., Loreto, R., Mangold, C., Chen, D. and Hughes, D. (2017). Η τρισδιάστατη απεικόνιση και ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης αποκαλύπτουν πολύπλοκα δίκτυα μυκητιακών παρασίτων σε μυρμήγκια που χειρίζονται συμπεριφορά. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών , 114(47), σσ.12590-12595.