مقدمه

باکتريهاي جنس Wolbachia ریکتسیاهایی هستند که از طریق سیتوپلاسم انتقال پیدا میکننـد و در بافـتهـاي تولید مثلی (بیضهها و تخمدانها) طیف وسیعی از بندپایان وجود دارند. این باکتريها عامل تعـدادي تغییـرات تولیـد مثلی، شامل ناسازگاري سیتوپلاسمی۱ بین استرینها و گونههاي مرتبط، تلقیح بکرزایی۲ و مونثسازي ژنتیکی نرهـا۳، در میزبانهایشان هستند. این تغییرات تولیدمثلی میزبان، نتایج انتخابی را براي این باکتري در بردارد، (گونههایی از این
باکتري در بافتهاي سوماتیک نیز شناساسی شده است) ولباخیا پراکنش بسیار گستردهاي دارد. بررسیهاي اخیر نشان

۱- Cytoplasmic Incompatibility (CI) 2- Parthenogenes Inducing (PI) 3- Feminizing

۲۶

میدهد که این باکتريها در بیش از ۱۶ درصد گونههاي حشرات، شامل هریک از راستههاي اصلی حـشرات، وجـود

دارند ولباخیا در خرخاکیها۱، کنهها و حتی نماتدها نیز دیده شده است. محدوده پراکنش ولباخیا در بندپایان و دیگـر شاخههاي جانوري هنوز تعیین نشده است ۲)، ۳، ۴ و.(۷

ولباخیا اخیرا علاقه قابل توجهی را به چند دلیل در بـین محققـان بـه خـود اختـصاص داده اسـت .(۴) نکتـه اول پراکنش گسترده این باکتري و تاثیر آن بر میزبانش است، ولباخیا بر فرآیندهاي تکاملی مهمی دلالت دارد .(۱۶) علاوه

بر آن، چگونگی پراکنش سریع این باکتري نیز توجه زیادي را به خود جلب کرده است. دوم این که، این باکتريهـاي

درون سلولی بهعنوان تغییردهندگان مراحل اولیه رشد، نمو و فرآیندهاي میتوزي در میزبانهایشان شناخته شدهانـد . در

نتیجه، ولباخیا ممکن است که براي مطالعات پایهاي در موارد فوق مورد استفاده قـرار گیـرد. سـوم، علاقـه وافـري در خصوص استفاده از این باکتري در کنترل بیولوژیک بهعنوان یک عامل میکروبی (دشمن طبیعـی)، بـهمنظـور افـزایش

باروري دشمنان طبیعی (باکتري (PI یا بهعنوان ناقلی براي گسترش تغییرات ژنتیکی مطلوب در جمعیتهاي حشرات

وجود دارد. در سالهاي اخیر مطالعات بسیار گستردهاي در زمینه نحوي عمل، بیولوژي جمعیـت و تحـول و تکامـل

ولباخیا صورت گرفته است .(۲۰) ما در اینجا خلاصهاي از این تحقیقات و نتایج اخیر را مرور میکنیم.

تاریخچه کشف باکتري

باکتريهاي درون سلولی اولین بار توسط هرتینگ و ولباخ در بافتهـاي تولیـد مثلـی پـشه Culex pipiense در سـال ۱۹۲۴ میلادي گزارش شدند. این ریکتسیاها در نهایـت Wolbachia pipiense نامیـده شـدند. در دهـه ۱۹۵۰، گللـوویچ و لاوان پی بردند که برخی از کراسهاي خاص درون گونهاي پشههاي Culex غیر بارور بودند بهعبارت دیگر، آنهـا یـا تولیـد
نتاج کمتري داشتند و یا اینکه اصلاً داراي نتاج نبودند. لاوان اظهار داشت که این فـاکتور ناسـازگاري داراي الگـوي وراثـت سیتوپلاسمیک است (بهعبارت دیگر از طریق جنس ماده و نه از طریق جنس نر به نسل بعد منتقل میشود) و ایـن پدیـده را

ناسازگاري سیتوپلاسمی نامگذاري کرد. تا اوایل دههي ۱۹۷۰، ارتباطی بین این دو کشف برقرار نـشد تـا ایـنکـه یـن و بـار (۲۳)، اظهار داشتند که CI با حضور عوامل ریکتسیایی مرتبط است و این فرضیه را با کاربرد آنتیبیوتیـک بـهمنظـور حـذف عوامل فوق اثبات کردند. پس از کاربرد آنتیبیوتیک، دیده شد که نرهایی از استرینهاي آلوده با مادههایی از همان استرین کـه با مواد آنتی بیوتیکی تیمار شده بودند، ناسازگار بودند، درحالی که کراس عکس آن سازگاز بود (ناسازگاري یکطرفـه). در ۲۵

سال بعد، نمونههایی از CI در طیف وسیعی از حشرات شامل: سوسک آرد، سرخرطومی یونجه، زنبورهاي پارازیتوئید، پـشه Aedes و مگس میوه مشاهده گردید. CI اولین مورد کشف شده بهعنوان عامل کاهنده در تعداد نتایج حاصل از کـراس بـین گونههاي مشخص بود و توارث سیتوپلاسمی آن در کراسهاي بعدي نشان داده شد. در برخی موارد، حضور این بـاکتري در
تخمدان یا اندام تناسلی نر با روشهاي میکروسکپی، با کاربرد آنتیبیوتیکها یا با حرارتدهی تاییـد گردیـد. بـا ایـن حـال،

ارتباطات فیلوژنتیک بین باکتريهاي CI یافت شده در بافتهاي تولید مثلی حشرات میزبـان مختلـف تـا اوایـل دهـه ۱۹۹۰

ناشناخته بود ۱)، ۶ و .(۸

۱- Isopoda

۲۷

شکل -۱ پروژه ژنوم ولباخیا در حال انجام و تعیین توالی است . براي این باکتري شش بالاگروه A) تا (F بر اساس آنالیز ژنهاي ۱۶SrRNA و WSP و ftsZ در نظرگرفته شده است. تعیین توالی کامل ژنوم در شکل با ستاره قرمز، تعیین توالی ناتمام با ستاره زرد و عدم تعیین توالی با ستاره آبی نشان داده شده است. همچنان که در شکل دیده میشود، ولباخیا از سمت همزیستی به سمت پارازیتی سوق پیدا کرده است.

در تحقیقات مرتبط، موارد گوناگونی از میکروارگانیسمهایی که از طریق جنس ماده (انتقال سیتوپلاسمی) به نـسل بعدي منتنقل میشدند، کشف گردیدند بهطوري که نسبت جنسی یا تعیین جنسیت را در میزبانهاي بندپایـشان تغییـر میدادند. میکرو ارگانیسمهاي تغییر دهندهي نسبت جنسی شامل پروتوزوئرهایی هستند که کشتن نـر را در پـشههـا و مادهزایی را در آمفیپودها القا میکنند. از دیگر باکتريهاي کشنده جنس نر که از طریق مادر (جنس ماده) به نسل بعدي منتقل میشوند میتوان به اسپیروپلاسـماهـا در مگـسهـاي میـوه، انتروباکتریـا در زنبورهـاي وحـشی و ریکتـسیا در کفشدوزكها اشاره کرد. دو مورد از یافتهها به خصوص در ارتباط با Wolbachia مهـم بودنـد. اولـین مـورد، کـشف لگراند و کولگائوس درخصوص فاکتورهایی که از طریق سیتوپلاسم به نـسل بعـد منتقـل مـیشـدند و باعـث تلقـیح مادهزایی در خرخاکیها میشدند، و دوم کشف استوتامر و همکاران مبنی بر ایـنکـه بکرزایـی مـاده زایـی در برخـی استرینهاي زنبور تریکوگراما میتواند با تیمارهاي آنتیبیوتیکی درمان شود، بهعبارت دیگر استرینهاي تیمار شـده بـا آنتیبیوتیک به نر زایی باز میگشتند ۱۱) و .(۲۰

فیلوژنی و پراکنش ولباخیا

بیشتر ریکتسیاها قابلیت کشت در محیط کشتهاي مصنوعی را ندارند و این محـدودیت مطالعـات تجربـی را در

خصوص این میکروارگانیسمها مشکل میسازد. پیشرفت و توسعهي روشهاي مولکولی بخصوص PCR و استفاده از

۲۸

توالی ۱۶S rDNA براي فیلوژنی میکروارگانیسم ها، مطالعات این سري از باکتريها را تسهیل کرده است. ریکتسیاها

باکتريهاي انگلی هستند که در درون سلولهاي بافتهاي میزبانشان بهسر میبرند. اعضاي ایـن خـانواده متعلـق بـه زیرردهي آلفا پروتئوباکتریا هستند.۱ ریکتسیا ها بهطور معمول در بندپایان وجود دارند و تعدادي از آنهـا بـا بنـدپایان منتقل میشوند و عامل بیماري در پستانداران میباشند ۴) و .( ۸

فیلوژنی بر اساس توالی ۱۶S rDNA نشان داد که ولباخیا با سایر ریکتسیاهـا داراي ارتبـاط مونوفیلیتیـک اسـت.

جنس Wolbachia داراي دو زیرشاخه A) و(B با حدود ۲ درصد واگرایی در توالی ۱۶S rDNA مـیباشـد. وجـود

این دو زیرشاخه همچنین با ژنهاي کدکننده پروتئین نیز تاییـد شـد. Wolbachia pipienis، یـک گونـه القـاکننـده

ناسازگاري سیتوپلاسمی است که گونه تیپ جنس Wolbachia میباشد و متعلق به شـاخه B در ایـن جـنس اسـت. گونهاي دیگر از این جنس Wolbachia persicae است و بررسیها نشان داده است که متعلق به گامـا بـاکتریومهـا

است و بنابراین، با ریکتسیاهاي واقعی غیروابسته است (شکل ۲) (۱ و .(۳

نزدیکترین باکتريها به ولباخیا، گروهی از ریکتسیاها هستند که شامل گونههاي، E. equii،E. canis ، Cowdria ruminata و Anaplasma marginale میباشند که انگل خون پستانداران هستند و با بندپایـان منتقـل مـیشـوند.

باکتريهایی موجود در جنس Rickettsia شامل چندین گونه بیماریزا هستند که توسط بندپایان منتقل مـیشـوند و از جمله آنها میتوان به عامل بیماريهاي تب خالدار کنتـاکی و بیمـاري تیفـوس اشـاره کـرد کـه مـورد اخیـر مـشابه باکتريهاي یافت شده در کفشدوزكها است و باعث مرگ نرها شده و از طریق سیتوپلاسم انتقال مییابـد. اگـر چـه

بیشتر باکتريهاي ذکر شده انگل پستانداران هستند و با بندپایان منتقل میشوند، اما ولباخیا تنهـا در بافـتهـاي تولیـد مثلی بندپایان یافت شده است و هیچ شاهدي مبنی بر بیماريزا بودن این باکتريها در پستانداران وجود ندارد، ولی بـا

توجه به طیف وسیع میزبانهاي این باکتري و قدرت سازگاري آن در میزبان، بایستی در این زمینه تحقیقـات بیـشتري صورت پذیرد ۲) و .(۱۵

بر اساس تعیین توالی ژنهاي ftsz و ۱۶S rDNA در ژنوم ولباخیا، استرینهاي هفتگانهاي را براي ایـن بـاکتري در نظر گرفتهاند و آنها را از A تا F نامگذاري کردهانـد. گـروههـاي A وB در بنـدپایان، C وD در نماتـدهـا، E در پادمان۲ و گروه F در موریانهها مشاهده شده و باعث آلودگی آنها میگردند. گروههاي A وB براي میزبانهـاي خـود ضرورري نیستند (البته با چند مورد استثنا)، به این معنی که با حذف آنها از میزبان (تیمارهاي حرارتی و آنتیبیوتیکی استاندارد)، میزبان قادر به ادامه زندگی طبیعی خود خواهد بود. بهعبارت دیگر این دو گروه براي میزبـان خـود نـوعی

انگل بشمار میروند و در بسیاري از راستههاي حشرات پراکنش دارند. بنظر نمیرسد ایـن دو گـروه از بـاکتريهـاي

ولباخیا داراي میزبان اختصاصی باشند. بهعنوان مثال زنبور پارازیتوئید Leptopilina heterotomas و میزبانش یعنـی

مگس میوه Drosophila simulan به استرین یکسانی از ولباخیا آلوده میشوند. عـلاوه بـر آن، فیلـوژنی ولباخیـا بـا

میزبانهایشان همخوانی ندارد، پس میتوان نتیجه گرفت که ولباخیا داراي انتقال افقی بین میزبانهـاي مختلـف اسـت ۱۷) و .(۱۸