Найден возбудитель инфекции, вызывающей массовую гибель морских звезд

В 2013 году на Тихоокеанском побережье Северной Америки произошла вспышка инфекции, которая вызвала массовую гибель морских звезд. Инфекцию назвали «синдромом истощения морских звезд» (sea star wasting disease, SSWD), и она стала крупнейшей задокументированной эпидемией среди морских видов, не используемых человеком. SSWD разрушает тело морских звезд, даже приводит к потере ими лучей. Болезнь поражает около 20 видов морских звезд, причем больше всего пострадала морская звезда-подсолнух (Pycnopodia helianthoides): после эпидемии этот вид был признан находящимся на грани полного исчезновения Международным союзом охраны природы. Массовая гибель морских звезд привела к росту популяции морских ежей и к потере лесов водорослей. Таким образом, SSWD стала причиной нарушения структуры морских экосистем.

Возбудитель SSWD долгое время оставался неизвестным, хотя и высказывались предположения о том, что болезнь может быть вызвана денсовирусом SSaDV. Специалисты отмечают, что такие длительные поиски возбудителя инфекций морских организмов — обычное дело в морской биологии. Экспертов в области таких инфекционных заболеваний мало, а патогены зачастую не имеют ничего общего с теми, что встречаются в медицине или ветеринарии. На идентификацию возбудителя инфекции, поражавшей морские ушки в Калифорнии в 1990-х годах, ушло около десяти лет, патоген карибских морских ежей не идентифицировали до 1980-х годов. А причину так называемой болезни потери тканей каменистых кораллов (stony coral tissue loss disease), которая поражает рифообразующие кораллы в Карибском море, ученые не нашли до сих пор. Для выявления возбудителя SSWD также потребовалось больше десятка лет, причем работа коллектива ученых из США и Канады заняла около четырех лет.

Чтобы выявить возбудителя SSWD, исследователи провели семь экспериментов по контролируемому заражению условно здоровых морских звезд. Условно здоровыми считали особей, которые не проявляли признаков заболевания после двухнедельного карантина. Здоровых морских звезд заражали, погружая их в морскую воду, в которой раньше находились больные морские звезды, или инокулируя их гомогенатом ткани или целомической жидкостью больных морских звезд. Тестировали также прямой контакт между здоровыми и больными морскими звездами. Все методы передачи приводили к заражению здоровых морских звезд, причем 92% случаев стали летальными. В среднем морские звезды погибали менее, чем через две недели после контакта с зараженной особью или ее частью, причем гибель могла наступить даже спустя три дня после появления первых симптомов.

Заболевание не развивалось, если гомогенат ткани или целомическую жидкость инактивировали теплом или пропускали через фильтр с порами диаметром 0,22 мкм. Последний факт позволил ученым предположить, что патоген не является вирусом.

На следующем этапе исследователи проанализировали метатраскриптомы больных и здоровых морских звезд, а также провели секвенирование ампликонов гена 16S рРНК для выявления бактерий. Метатранскриптомы больных и здоровых звезд отличались в основном наличием у первых транскриптов, принадлежащих бактерии Vibrio pectenicida, а секвенирование 16S рРНК подтвердило присутствие этого патогена.

Исследователи выделили чистую культуру V. pectenicida из целомической жидкости двух зараженных морских звезд с признаками SSWD. Затем изоляты бактерии вводили здоровым морским звездам. У всех них впоследствии появились признаки заболевания (кроме тех особей, которых инокулировали бактериальным изолятом, инактивированным теплом). Ученые также проверили разные дозировки бактерий: низкую (~10³ КОЕ) и высокую (~10⁵ КОЕ). При низкой дозировке первые симптомы у морских звезд начали появляться через 5–15 дней после заражения, а смерть наступала через 11–16 дней после заражения. При высокой же дозировке симптомы появлялись уже через 3–10 дней, а гибель наступала через 6–11 дней. Таким образом, ученые подтвердили, что V. pectenicida — патоген, который вызывает SSWD.

Помимо этого, ученые провели секвенирование ампликонов гена 16S рРНК, используя образцы целомической жидкости морских звезд, отобранные в пяти участках фьордов Британской Колумбии (Канада). Присутствие V. pectenicida удалось зафиксировать в 16% образцов морских звезд из области, где инфекции не было, в 74% образцах бессимптомных морских звезд из области, где наблюдалась эпидемия, и в 86% образцах больных морских звезд.

Исследователи отметили, что бактерии-вибрионы очень чувствительны к температуре: из-за этого их даже называют «микробным барометром изменения климата». Они предположили, что заболеваемость SSWD может вырости из-за глобального потепления. На эту мысль ученых натолкнул тот факт, что V. pectenicida детектировалась и в условно здоровых морских звезд (хотя и в меньших количествах). Однако повышение температуры воды до 13,9℃, которое произошло летом и длилось всего два дня, привело к росту заболеваемости среди условно здоровых морских звезд. За это время у 43% таких особей наблюдались признаки заболевания, однако оно не прогрессировало после восстановления температурного режима. Ученые намерены в будущем выяснить, действительно ли изменение климата может привести к повышению заболеваемости SSWD в природе.

Открытым остается вопрос механизма распространения инфекции. Известно, что V. pectenicida — патоген моллюсков, таких как гребешки или устрицы. В их организме бактерия выделяет токсин, который термостабилен и действует на гемоциты — иммунные клетки моллюсков. Уже выдвинута гипотеза о том, что инфекция может передаваться через еду, ведь морские звезды питаются моллюсками. Другая гипотеза состоит в том, что вибрион просто «перепрыгнул» от одного хозяина к другому, несмотря на их филогенетическую отдаленность.

Микропластик нарушает регенерацию и эмбриогенез морских беспозвоночных