Tilbake til søkeresultatene

FRIBIO2-FRIPRO forskerprosjekt, biologi

Parasite control of host behaviour: Revealing a neurobiological mechanism for active manipulation

Alternativ tittel: Parasitters effekt på vertsdyrets atferd: Nevrobiologiske mekanismer for aktiv manipulering

Tildelt: kr 9,3 mill.

Parasittiske dyr lever i eller på andre organismer og får hele sitt energi- og næringsbehov dekt fra vertsdyrene. Parasitter viser ofte fascinerende spesialisering for å kunne overleve i nær kontakt med andre arters fysiologi og immunforsvar. Mange parasitter påvirker også vertsdyrenes atferd. Ett godt dokumentert eksempel finnes i estuarier i California, hvor tidlige livsstadier av trematoden Euhaplorchis californiens opptrer som cyster på hjernen til killifish (Fundulus parvipinnis). Infiserte fisk glemmer normal forsiktighet og kommer opp til vannoverflaten oftere, som igjen gjør dem mer utsatt for fiskespisende fugl. Det er vist at infisert fisk har opptil tretti ganger større sannsynlighet for å bli spist av fugler enn de som ikke lider av parasitten. Parasitten fullfører sin utvikling til voksen mageorm i fugl, hvor den produserer store mengder egg og dermed starter livssyklusen igjen. Vi vet at parasitten hemmer signalsubstansen serotonin i fiskehjernen, for øvrig samme signalsystem som er forbundet med depresjon hos menneske. Tilstedeværelse av parasitten stimulerer derimot hjernens belønningssystemer drevet av dopamin, noe som også kan forklare den bekymringsfrie atferden hos infisert fisk. Dette prosjektet benytter massespektrometri og andre metoder for å identifisere aktive substanser parasittene produsere for å få til dette, og beskriver deres virkemåte på hjernen. Ett viktig delmål som er oppnådd er å i laboratoriet designe en infeksjonsmodell der en under kontrollerte forhold gjenskaper det høye antallet parasitter man ser på hjernen til fisk i det fri. Laboratorieinfisert fisk oppviser tilsvarende atferdsendringer som i naturen, og infeksjonsgraden nærmer seg også det man kan finne på vill fisk. Undersøkelser av hjernevev fra forsøksfisk samt utdissekerte parasitter viser at parasitten frigjør aktive metabolitter av gruppen prostaglandiner, en gruppe signalstoffer som kan påvirke både vertsdyrets nervesystem og immunsystem. Funnene er ventet å åpne opp en front av nye forskningsmuligheter både når det gjelder grunnleggende aspekter og anvendelse av parasittproduserte signalsubstanser. Kunnskap om hvordan hvordan parasitter og patogener endrer hjernens funksjon og atferd kan også hjelpe oss til å forstå koblingen mellom smittsomme sykdommer og mental funksjon hos mennesker.

Potential biomedical applications of novel substances with e.g. anxiolytic and anti-anorectic properties will be considered.

Numerous species of parasites affect the behaviour of their hosts in ways which enhance parasite fitness. Infected intermediate hosts show increased risk-taking behavior and expose themselves to enhanced predation by final hosts, or seek microhabitats suited for parasite dispersal. While long remaining only a theoretical possibility, possible examples of neurobiological manipulation by way of parasite-derived neuroactive substances are now emerging. In vertebrates, it has however so far only been indicated that parasites enhance the activity of signalling substances already produced by their hosts. One example is provided by the brain-dwelling protozoan Toxoplasma gondii, which induce production of excessive quantities of dopamine (DA). We recently employed mass-spectrometry based metabolomics and bioinformatics technology in a classic model system: The California killifish (Fundulus parvipinnis) and its brain parasite, the trematode Euhaplorchis californiensis. E. californiensis has previously been shown to inhibit brain serotonergic (5-hydroxytryptamine, 5-HT) neurotransmission in infected fish, while also stimulating DA. The results indicate that 5-HT producing cells in the raphe nuclei of infected fish contain a number of metabolites which are not observed in an uninfected control group. The structural identities of these substances remain unresolved. We will perform high resolution characterisation of metabolite composition and targeted metabolite analysis in order to identify the exact nature of the parasite derived neuroactive agents. The mode of action on the brain on the transcriptomic level will also be described. Ascertaining that hitherto unknown neuroactive agents of parasite origin do indeed alter brain function in a vertebrate model will end a century-long debate. Such a finding would also potentially open up a massive front of exciting new research opportunities regarding both fundamental and applied aspects.

Budsjettformål:

FRIBIO2-FRIPRO forskerprosjekt, biologi

Finansieringskilder