Mrówki też się „szczepią”

Od ponad 10 lat zespół austriackich naukowców pod kierunkiem dr Sylwii Cremer bada zjawisko współdziałania kolonii owadów społecznych w celu ochrony społeczności przed chorobami zakaźnymi. Dr Cremer nazwała tę strategię „uodpornieniem społecznym” stosując analogię uodpornienia czynnego czyli szczepień ochronnych wśród ludzi.

Kiedy śmiertelnie groźny grzyb atakuje po raz pierwszy kolonię mrówek, zdrowe owady rzucają się swoim zainfekowanym siostrom na pomoc. Zlizują zarodniki grzybów ze zmian chorobowych zanim zdążą się rozrosnąć, celowo zarażając siebie nawzajem i przenosząc infekcję na kolejne robotnice. Zamiast pozwolić umrzeć zakażonym siostrom, zdrowe mrówki chronią kolonię poprzez „rozcieńczenie” dawki zakaźnej i rozłożenie ciężaru infekcji na całą populację. Układ odpornościowy poszczególnych mrówek bez problemu radzi sobie z obniżoną dawką zakaźną grzyba i „uczy się” zwalczać infekcję przy kolejnym kontakcie. Podobnie w społeczności ludzkiej, przyjmując dawkę szczepionki, przyjmujemy osłabiony antygen żeby nauczyć nasz układ odpornościowy walki z prawdziwym drobnoustrojem (bakterią lub wirusem). Decydując się na szczepienia masowe całej społeczności, chronimy tych najsłabszych, na przykład niemowlęta, które są zbyt słabe żeby zwalczyć chorobę zakaźną.

W latach 2007-2018 zespół dr Cremer przeprowadził dwa eksperymenty analizujące strategie ochrony kolonii mrówek Lasius neglectus, zdolnych do tworzenia ogromnych połączonych ze sobą super kolonii, przed śmiertelną infekcją grzyba Metarhizium anisopliae. Po przedostaniu się do ciała mrówki, zarodniki grzyba kiełkują i przebijają pancerzyk chitynowy za pomocą specjalnych wypustek, dzięki którym wyprowadzają z ciał mrówek składniki odżywcze powoli je zabijając. W celu przerwania cyklu rozwojowego grzyba, zdrowe mrówki zlizują zarodniki z ciał zarażonych sióstr zanim zdołają wykiełkować. W ten sposób mrówki niszczą część zarodników dzięki bakteriom obecnym na ich pancerzyku oraz dzięki wyspecjalizowanym gruczołom w kieszeni podgębowej. Jednak część zarodników przeżywa i jest przenoszona na inne zdrowe mrówki poprzez wzajemne dotykanie się pyszczkami, pomagając im uodpornić się, czyli nauczyć się zwalczać atak zarodników w przyszłości. W celu sprawdzenia tej teorii naukowcy przeprowadzili w 2012 roku eksperyment, zarażając 15 mrówek zarodnikami specjalnie oznaczonymi białkiem świecącym na czerwono pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Po dwóch dniach naukowcy wykryli zarodniki w ciele 64% członkiń kolonii które nie kontaktowały się początkowo z zarodnikami. Dr Cremer wyjaśniła, że „pomimo tego, że od 60 do 80% członkiń kolonii zostało zarażonych w krótkim czasie, tylko 2% mrówek zmarło. Zakażenia przenoszone w ten kontrolowany sposób były korzystne dla kolonii, ponieważ prowadziły do wytworzenia zbiorowej odporności przeciw zakażeniu wśród zdrowych mrówek”.

W kolejnym eksperymencie z 2017 roku, austriaccy naukowcy odkryli, że poczwarki mrówek Lasius neglectus, zarażone zarodnikami grzyba Metarhizium anisopliae, przekazują chemiczne sygnały zagrożenia dorosłym mrówkom które niszczą zarażone poczwarki poprzez wstrzyknięcie trucizny. Dzięki temu mechanizmowi obronnemu mrówki zapobiegają szerzeniu się infekcji grzybiczej. Mechanizm ten przypomina działanie układu odpornościowego który rozpoznaje obecność ciała obcego (antygenu) i eliminuje je za pomocą reakcji zapalnej (m.in. komórek odpornościowych i licznych substancji chemicznych).