Cotesia congregata

Cotesia congregata es una avispa parasitoide del género Cotesia . El género es particularmente conocido por su uso de polidnavirus . Los parasitoides se diferencian de los parásitos verdaderos en que un parasitoide finalmente matará a su huésped o lo esterilizará de otra manera.

Las avispas adultas ponen sus huevos en larvas del gusano cuerno del tabaco ( Manduca sexta ) y del gusano cuerno del tomate ( Manduca quinquemaculata ) en su segundo o tercer estadio (cada estadio es una etapa entre mudas, es decir, el segundo estadio es la etapa de vida después de la primera muda y antes de la segunda muda) y al mismo tiempo inyectan virus simbióticos en el hemocele del huésped junto con algo de veneno . Los virus eliminan las respuestas defensivas internas del gusano cuerno. Los huevos eclosionan en el hemocele del huésped en dos o tres días y, simultáneamente, liberan células especiales de la serosa del huevo. Estas células especiales, llamadas teratocitos, crecen hasta convertirse en células gigantes visibles a simple vista. Los teratocitos secretan hormonas que trabajan en tándem con el virus y el veneno de la avispa para detener el desarrollo del huésped. ^[2] Después de la eclosión en la oruga, las larvas de avispa experimentarán 2 mudas dentro del hemocele de la oruga huésped y, después de 12 a 16 días después de la oviposición, las larvas de avispa de tercer estadio emergerán de la oruga y tejerán capullos desde los cuales las avispas adultas volarán aproximadamente 4 a 8 días después. ^[3]

No todas las larvas del parásito logran salir del hospedador. La disección de las orugas post-emergentes reveló tres categorías de larvas restantes: ^[4]

1. Larvas de avispa muertas o moribundas, en diversas etapas de desarrollo, que han sido encapsuladas parcial o totalmente por el sistema inmunitario del huésped. El parásito tiene importantes capacidades inmunosupresoras, pero el sistema inmunitario del huésped es capaz de recuperarse parcialmente en un período de varios días, por lo que es posible que hayan sido encapsuladas en una etapa muy avanzada.
3. Larvas de avispa que estaban vivas, pero que habían mostrado un crecimiento reducido en comparación con las otras larvas y podrían no haber podido alcanzar el segundo estadio.
5. Larvas de avispa en el segundo estadio, similares a las que habían emergido con éxito.

Este insecto posee los espermatozoides flagelados más cortos de los animales, midiendo 6,6 μm de longitud (núcleo y flagelo), 8800 veces más cortos que los más largos ( Drosophila bifurca ). ^[5]

Las pupas de Cotesia pueden ser hiperparasitadas por avispas del género Hypopteromalus . ^[6]

Un aspecto importante del polidnavirus simbiótico es el hecho de que el virus no se replica por sí solo, ni puede hacerlo; no contiene los genes necesarios para hacerlo. En cambio, los genes que codifican el virus están contenidos en el genoma de la avispa. La avispa contiene células especiales llamadas células del cáliz dentro de su ovario, que en las hembras producirán las partículas del virión. Las avispas macho contienen la secuencia viral, pero no tienen la capacidad de producirla. Las proteínas y la carga genética del virus son producidas por estas células, y los viriones se ensamblan dentro del núcleo de estas células. A medida que la hembra madura, la membrana nuclear se disolverá, seguida por la membrana celular, liberando los viriones y los restos celulares en el lumen del oviducto. Las células fagocíticas limpiarán los restos, y los viriones se inyectarán en el huésped junto con los huevos y el veneno durante la oviposición. ^{[7] [8]}

Una avispa hembra promedio produce más de 600 ng de ADN viral en cada ovario, más que suficiente para toda su vida. Una hembra promedio pone 1757 +/- 945 huevos a lo largo de su vida, y solo se inyectan 0,1 ng de ADN viral por huevo. ^{[7] [8]}

El polidnavirus interferirá gravemente con el desarrollo del huésped, Manduca sexta . Los huéspedes infectados no sufrirán metamorfosis , y los huéspedes con un número particularmente grande de parásitos pueden alcanzar un mayor peso en los primeros estadios que los huéspedes no infectados. ^[9] Sin embargo, la mayoría de los huéspedes pesan menos que las orugas no parasitadas ^[9] y después de que alcanzan el quinto estadio, su tasa de alimentación se reducirá, lo que hará que su peso disminuya significativamente. ^[10] El huésped infectado a veces alcanzará un sexto estadio supernumerario ^[10] si hay una gran cantidad de larvas de parásitos presentes en su interior. ^{[4] [11]} Esto se debe a que habrá más competencia por los recursos entre la población de parásitos más grande, lo que hará que se desarrollen más lentamente. ^[4] Por el contrario, los parásitos pueden emerger en el cuarto o incluso tercer estadio si hay menos de ellos que el promedio. Con menos competencia por los recursos, se desarrollarán más rápidamente y estarán listos para emerger antes.

En algunos casos, ninguno de los parásitos emergerá de un huésped en sexto estadio. Todos ellos morirán o no podrán emerger. ^[4] Los huéspedes en este caso habrían sido lo suficientemente grandes como para pupar al final del quinto estadio. Sin embargo, las orugas parasitadas tienen niveles mucho más altos de hormona juvenil (HJ) que las orugas no parasitadas, y esto evita la metamorfosis, haciendo que la oruga entre en el sexto estadio supernumerario. Algunas de estas orugas alcanzarán más tarde un séptimo estadio, pero aún no podrán pupar y morirán en este estado.

Las orugas del sexto estadio que están por debajo del tamaño límite para la pupación al final del quinto estadio mueren debido a la aparición de parásitos.

Al llegar al quinto estadio, la oruga entrará en una etapa de deambulación, como es habitual, pero no avanzará más y no formará un capullo. El inicio de la etapa de deambulación también se retrasa temporalmente. ^[12]

Aproximadamente 8 horas antes de que emerjan las larvas de avispa, el consumo de alimento de la oruga parasitada disminuye significativamente. ^{[9] [10] [13]} Este cambio de comportamiento puede ser un medio para evitar que la oruga se coma los capullos de avispa. ^[9] Al mismo tiempo que disminuye el consumo de alimento de la oruga, su locomoción también disminuye significativamente (es decir, se mueve menos). ^{[9] [14]} Sin la intervención humana, la reducción del apetito y la locomoción son permanentes: la oruga nunca volverá a su comportamiento normal, incluso después de que hayan emergido los parásitos. ^[9]

Se ha descubierto que ciertos neuropéptidos se acumulan en el sistema neurosecretor del huésped, lo que se correlaciona con un cambio en el comportamiento de muda. Se ha encontrado una acumulación similar en el sistema neural de orugas hambrientas y no parasitadas, pero no en la misma medida. Se ha descubierto que el polidnavirus inhibe el desarrollo del lóbulo óptico del huésped, lo que provoca diferencias morfológicas. Una hormona conocida en la que se ha centrado la atención, la hormona protoracicotrópica (PTTH), fue de particular interés. Se acumula mucho más en los huéspedes parasitados y hambrientos que en las larvas normales. Otras proteínas que se ha descubierto que aumentan en las células neurosecretoras tanto en las larvas hambrientas como en las parasitadas son: bombixina, alatostatina , alatotropina, hormona diurética , FMRFamida y proctolina . Se encontraron otras proteínas en mayor concentración en los huéspedes de los que ya habían emergido las avispas, como la hormona de la eclosión y la hormona adipocinética . ^[10]

El polidnavirus impide que estas proteínas se liberen al sistema nervioso, provocando en cambio su acumulación en las células neurosecretoras. En concreto, la PTTH, debido a su acumulación, no se libera en cantidades suficientes para estimular la síntesis de ecdisteroides por las glándulas protorácicas, lo que impedirá el posterior desarrollo de las larvas. Estas hormonas también permiten que la larva parasitada sobreviva más tiempo sin comida ni agua, debido a una ralentización de la diuresis (producción de orina) y de la purga intestinal. Esto ayudaría a la larva a conservar agua. Las larvas hambrientas también pueden mudar y convertirse en pupas si son lo suficientemente grandes, pero esto se puede explicar por la diferencia temporal en el inicio de la acumulación. Se desconoce el mecanismo que se esconde detrás de la acumulación de neuropéptidos. El polidnavirus no es el único factor que afecta al desarrollo del huésped; los teratocitos tendrán un efecto similar, y es probable que se necesite una gran combinación de diferentes factores para replicar los efectos biológicos de la parasitación. ^[10]

Otro efecto sumamente importante del virus es la supresión del sistema inmunológico del huésped. Esto se logra alterando el comportamiento de los hemocitos del huésped, incluida la inducción de la apoptosis . Dentro de las 24 horas posteriores a la oviposición, el huésped es incapaz de encapsular cualquier antígeno que ingrese a su cuerpo, lo que le impide atacar a las larvas de avispa.

En un período de varios días, el sistema inmunológico se recuperará parcialmente. En experimentos, su capacidad para encapsular un estímulo artificial inofensivo había vuelto a ser casi normal después de 8 días. ^[12] Después de 10 días, el funcionamiento de los hemocitos contra la bacteria E. coli inyectada se había recuperado por completo. ^[15] Sin embargo, los aspectos del sistema inmunológico que no están involucrados en la respuesta inicial no se recuperan en la misma medida. Se observó que las orugas parasitadas 10 días después de la oviposición sufrieron una mortalidad mucho mayor por la bacteria Pseudomonas aeruginosa que las orugas no parasitadas, y solo tuvieron mejoras muy leves en su respuesta inmunológica en comparación con las orugas 1 hora después de la oviposición.

A pesar de la recuperación parcial del sistema inmunológico, hacia el octavo día las larvas de avispa han desarrollado una resistencia al sistema inmunológico por algún otro medio. ^[12] Desde un punto de vista evolutivo, es beneficioso para la larva de avispa que el huésped recupere su resistencia a los patógenos externos sin recuperar la capacidad de destruir al parásito.

Las larvas que han alcanzado los 8 días de edad pueden sobrevivir y eclosionar cuando se trasplantan a un nuevo huésped que no ha estado expuesto al virus, aunque sus posibilidades de supervivencia se reducen significativamente. En experimentos, el 50% de las larvas del huésped encapsularon con éxito todos los parasitoides, y la tasa de mortalidad de las larvas de avispa en los huéspedes restantes varió significativamente. ^[12]

La avispa también inyecta veneno junto con los huevos y las partículas virales. El veneno por sí solo tendrá un efecto insignificante en el huésped, pero potenciará los efectos del virus cuando ambos estén presentes. ^[2]

Los investigadores pudieron contrarrestar la disminución de la locomoción mediante la extirpación quirúrgica del ganglio supraesofágico (cerebro) del huésped durante el día 4 del quinto estadio, antes de la aparición de los parásitos. Después de que los parásitos emergieran, el huésped alterado quirúrgicamente se movía casi continuamente, de manera muy similar a su fase de "vagabundeo". ^{[14] [9]} Sin embargo, esto no fue una restauración de la fase de vagabundeo, ya que durante una fase de vagabundeo genuina el cerebro es necesario para la actividad locomotora. ^[14] Esta cirugía dejó a la oruga incapaz de alimentarse, por lo que no se sabe si también se restableció su impulso para hacerlo. ^[9]

El bracovirus Cotesia congregata tiene uno de los genomas más grandes conocidos de cualquier virus (567.670 pares de bases), y está compuesto en gran parte de intrones, lo cual es raro para un virus; el 70% del ADN no es codificante. El genoma está organizado en 30 círculos de ADN, cuyo tamaño varía de 5.000 a 40.000 pares de bases. De los 30, 29 círculos codifican al menos un producto proteico. El genoma está compuesto en un 66% de residuos AT . ^[16] Los principales productos génicos son:

• Proteínas PTP (proteínas tirosina fosfatasas), que desfosforilan los aminoácidos de tirosina en las proteínas reguladoras. Las PTP interfieren en ciertas dinámicas del citoesqueleto, lo que sería útil para evitar la encapsulación. Las PTP encontradas están más relacionadas con las PTP celulares que las encontradas en los virus.
• El segundo grupo de proteínas son las proteínas ank, aquellas con motivos repetidos de anquirina . Se sabe que inhiben las respuestas inmunitarias en los vertebrados.
• El tercer grupo de proteínas son las proteínas ricas en cisteína, muy similares a las proteínas excretadas por los teratocitos de las avispas. Se sospecha que inhiben la traducción de proteínas de almacenamiento como la arilforina, lo que dejaría más recursos libres para las larvas del parásito.
• El cuarto grupo son las proteínas cistatinas, que inhiben las proteasas de cisteína, que inhiben la degradación de las proteínas del grupo 3. Las cistatinas no son un producto genético que se haya encontrado previamente en los virus hasta la fecha. También es probable que tengan una función inmunosupresora, basada en proteínas similares que se han encontrado en nematodos parásitos.

El resto de los productos proteicos no tienen homólogos conocidos y su función no se conoce. Gran parte de lo que se ha descubierto dificulta la ubicación del virus en un nicho filogenético y respalda la teoría de que el virus se ensambló, en lugar de evolucionar. Los virus más estrechamente relacionados son los nudivirus y sus parientes, los baculovirus, aunque esta relación se remonta aproximadamente a 75 millones de años. ^[16]

• Grabación sonora de Cotesia congregata en BioAcoustica