Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental Morfología comparada de estructuras que componen el escólex en distintos órdenes de Eucestoda (Platyhelminthes) Tesis presentada para optar por el título de Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área Ciencias Biológicas Leonardo Damian Mutti Directora de tesis: Verónica Adriana Ivanov Directora de tesis: Laura Susana López Greco Consejeras de estudios: Graciela Cohen y Laura Susana López Greco Lugar de trabajo: Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2019 Fecha de defensa: 09/10/2019 ii Resumen Los cestodes (Platyhelminthes, Neodermata) son parásitos estrictos y poseen ciclos de vida complejos en los cuales infectan a organismos vertebrados y/o invertebrados. En estado adulto son endoparásitos intestinales de vertebrados y su principal órgano de fijación a la mucosa del intestino del hospedador es el escólex. Este posee una combinación de diversas estructuras de fijación, tales como botrias, acetábulos, tentáculos con ganchos, ganchos botridiales o rostelares, microtricos y glándulas, provistos con receptores sensoriales. La morfología del escólex posee un gran valor taxonómico y fue utilizado para la clasificación tradicional de los cestodes. Sin embargo, estudios moleculares recientes modificaron esta clasificación, y en muchos casos, aún no se han propuesto caracteres morfológicos que representen posibles sinapomorfías para muchos de los clados. Teniendo en cuenta que existen una gran cantidad de caracteres ultraestructurales del escólex que aún no han sido evaluados en un contexto filogenético, el objetivo de esta tesis es: realizar el estudio comparado de estructuras relacionadas con el escólex (microtricos, glándulas, receptores sensoriales, ganchos y musculatura) en representantes de distintos órdenes de Cestoda, con el fin de aportar nuevos caracteres que podrían resultar relevantes en estudios filogenéticos. Para ello se seleccionaron 8 especies de cestodes pertenecientes a 5 órdenes diferentes: Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea), Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha), Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea), Calliobothrium australis (Tetraphyllidea), y los oncoproteocefalídeos Acanthobothrium marplatensis, Acanthobothrium zapterycum, Monticellia magna y Proteocephalus pimelodi. Se estudiaron los escólex de especímenes de estas especies utilizando diferentes tinciones histológicas (Hematoxilina-Eosina, Tricrómico de Masson modificado, Azul de Alcian, Azul de Coomassie Ácido Periódico de Schiff, Negro Sudan y Azul de Toluidina), mediante observaciones utilizando microscopía electrónica de barrido y transmición para obtener información detallada de la morfología y ultraestructura de las distintas estructuras. Finalmente, se realizó la optimización de los caracteres morfológicos estudiados durante esta tesis, a los que se les sumó datos existentes en la literatura, sobre las filogenias moleculares más actualizadas. Se describen por primera vez la ultraestructura e histoquímica de las glándulas de C. cristinae, G. carvajalregorum, O. schmittii, M. magna, P. pimelodi. En C. cristinae se observaron glándulas tumulogénicas (tipo 1) y merócrinas (tipo 2), secretoras de glicoconjugados neutros. En G. carvajalregorum se describieron las glándulas frontales secretoras de glicoconjugados neutros y las glándulas tentaculares como especialización del tegumento sin citones, una estructura novedosa en cestodes. El órgano glándulomuscular de O. schimittii resultó ser un retículo secretor sincicial que interacciona con la musculatura botridial, con iii secreción apócrina. En M.magna se observaron glándulas apicales merócrinas y apócrinas, constituyendo el presente el primer registro de glándulas apócrinas en Onchoproteocephalidea. En P. pimelodi se observaron glándulas apicales unicelulares con gránulos electro-densos de distintos tamaños o vesículas electro-lúcidas, un carácter pocas veces observado en cestodes. Además, la ultraestructura interna de los microtricos (espinitricos y filitricos) fue descripta por primera vez en C. cristinae, G. carvajalregorum, O. schmittii, P. pimelodi y M. magna. Los resultados más relevantes fueron las observaciones realizadas en M. magna ( espinitricos gladiados con capuchón formado por una médula heterogénea), O. schmittii (espinitricos columnares gongilados con córtex del capuchón muy desarrollado apicalmente y proyecciones formadas por la membrana plasmática) y en G. carvajalregorum (espinitricos lanceolados aserrados con proyecciones formadas por la médula del capuchón, y filitricos papiliformes formados sólo por capuchón electro-denso). Por otro lado, se observaron diferencias marcadas en la proporción que ocupa el capuchón respecto a la base en todos los microtricos estudiados. Se estudió la ultraestructura interna de 6 tipos de receptores ciliados en 4 taxones. Todos presentaron anillos electro-densos de soporte, unidos al tegumento por desmosomas septados. Presentaron variaciones en la longitud del cilio y su posición relativa en relación al tegumento. El conocimiento de la ultraestructura de los receptores ciliados de O. schmittii constituyen el primer registro para Phyllobothriidea. Además, se observaron 4 tipos de receptores no ciliados, ubicados debajo del tegumento sin contacto con el medio externo en 2 taxones. La diversidad de formas estuvo relacionada con la presencia de raíz de microtúbulos. Los receptores no ciliados en C. cristinae constituyen el primer registro para los Bothriocephalidae. En base a las observaciones realizadas en esta tesis y a datos de la literatura, se propuso la unificación de terminología y una nueva clasificación de receptores sensoriales. En relación a los ganchos presentes en el escólex, se estudió la ultraestructura interna de los ganchos tentaculares huecos en tripanorrincos, que en G. carvajalregorum presentan citoplasma en su interior. Mientras que los ganchos botridiales, también huecos, de A. marplatensis (Onchoproteocephalidea) presentan una porción electro-lúcida homogénea y otra granular electro-densa. Por otra parte, se pudo comprobar que los septos musculares en A. marplatensis, A. zapterycum y C. australis están formados únicamente por musculatura radial y que los bulbos musculares del aparato rinqueal de G. carvajalregorum presentan musculatura estratificada al igual que otros tripanorríncos y difilídeos. La optimización de caracteres sobre filogenias moleculares existentes permitió proponer posibles sinapomorfías para Eucestoda, entre las que se destacan las glándulas tumologénicas en Bothriocephalidea, las glándulas del aparato iv rinqueal en Eutetrarhyncoidea (Trypanorhyncha), los espinitricos columnares gongilados en Phyllobothriidea, los espinitricos gladiados aserrados en un sub- clado de Phyllobothriidea, los espinitricos hamulados en Tentacularioidea (Trypanorhyncha) y la musculatura estriada en el clado formado por Trypanorhyncha y Diphyllidea. Palabras clave: Eucestoda, Cestoda, escólex, morfología, histoquímica, microscopia electrónica, ultraestructura, glándulas, microtricos, receptores sensoriales, ganchos, musculatura, optimización de caracteres, filogenias. v Comparative morphology of scolex structures in different orders of Eucestoda (Platyhelminthes). Abstract Cestodes (Platyhelminthes, Neodermata) are parasites having complex life cycles in which they infect vertebrate and /or invertebrate organisms. In the adult stage, they are endoparasites of vertebrates and the scolex is the main organ of attachment to the host mucosa. The scolex has a combination of severalattachment structures such as bothria, acetabula, tentacles with hooks, bothridial or rostelar hooks, microtriches, and glands, accompanied by sensory receptors. The scolex morphology has a remarkable taxonomic value and was used for the traditional classification of the cestodes. However, recent molecular research modified this classification, and in many cases the morphological characters representing synapomorphies for several clades have not yet been proposed. Keeping in mind that there are several ultrastructural scolex characters which have not been evaluated in a phylogenetic context, the objective of this dissertation is a comparative study of structures related to the scolex (microtriches, glands, sensory receptors, hooks, and musculature) in representatives of different orders of Cestoda, in order to provide new features that could be relevant in phylogenetic studies. Eight species of cestodes of 5 different orders were selected: Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea), Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha), Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea), Calliobothrium australis (Tetraphyllidea), and the oncoproteocephalideans Acanthobothrium marplatensis, Acanthobothrium zapterycum, Monticellia magna and Proteocephalus pimelodi. Scolices of these species were studied with different histological stains (Hematoxilyn Eosin, Masson trichromic, Alcian blue, Coomassie blue, Toluidine blue, PAS, and Sudan black), transmission and scanning electron microscopy in order to obtain detailed information of the morphology and ultrastructure of the different structures that compose the scolices. Finally, morphological features optimization research was performed by using the data of this thesis and literature information based on the most updated molecular phylogenies. Glands ultrastructure and histochemistry of C. cristinae, G. carvajalregorum, O. schmittii, M. magna, and P. pimelodi are described here for the first time. In C. cristinae tumulogenic gland (type 1) and merocrine gland (type 2), was observed the secretion of neutral glycoconjugates. In G. carvajalregorum two glands were described: secretory frontal glands with neutral glycoconjugates, and tentacular glands as a specialization of the tegument without cytons, a novel structure in cestodes. The Glandulomuscular organ of O. schmittii is a syncytial secretory reticulum with apocrine secretion that interacts with the vi bothridial musculature. In M. magna, eccrine and apocrine apical glands were observed. This is the first record of apocrine glands in Onchoproteocephalidea. In P. pimelodi unicellular apical glands were observed with electro-dense granules of different sizes or electro-lucid vesicles, this feature was rarely found in cestodes. Also, internal ultrastructure of microtriches (spinitriches and filitriches) was described for the first time in C. cristinae, G. carvajalregorum, O. schmittii, P. pimelodi, and M. magna. The most revelant results were the observations made in M. magna, (gladiate spinitriches with cap with a heterogeneous medulla), O. schmittii (gongylate columnar spinithriches with developed apical cortex and plasma membrane projections), and G. carvajalregorum (serrate lanceolate spinitriches with sawed projections formed by medulla of the cap, and papilliform filitriches composed only by electro-dense cap). In addition, there were marked differences in the ratio occupied by the cap with respect to the base in all microtriches. In 4 taxa, internal ultrastructure of 6 types of ciliated receptors were observed. All had electro-dense support rings and were attached to the tegument by septate desmosomes. They presented variations in cilium length and their relative position in relation to the tegument. The internal ultrastructure of sensory receptors observed in O. schmittii was the first record in Phyllobothriidea. In 2 taxa, internal ultrastructure of 4 types of unciliated receptors were observed. Unciliated receptors did not make contact with the external environment and were under the tegument. Shape diversity is related to the presence of the microtubule root. Unciliated receptors of C. cristinae were the first record for the Bothriocephalidae. Based on the observations made in this thesis and data from the literature, unified terminology and a new classification for the sensory receptors was proposed. A new classification of the sensory receptors and new terminology to facilitate the comparison between the different taxa was proposed. Also, the internal ultrastructure of 6 types of ciliated receptors was described. All ciliated sensory receptors had electro-dense support rings and were joined at tegument by septate desmosomes; differing in cilium length and in their relative position on the tegument. The receptors observed in O. schmittii were the first record of the internal ultrastructure in Phyllobothriidea. In addition, 4 types of non-ciliated receptors were described. Non ciliated sensory receptors did not make contact with the external environment, differing in their shape and the presence of a root. Unciliated receptors of C. cristinae were the first record for the Bothriocephalidae. Internal ultrastructure of hollow hooks of G. carvajalregorum and A. marplatensis were described. Internally, hollow hooks of G. carvajalregorum had cytoplasm. Hooks of A. marplatensis were divided in two zones, an electro- vii lucid homogeneous zone and an electro-dense granular zone. On the other hand, muscular septa with radial muscle were described in A. marplatensis, A. zapterycum, and C. australis. In G. carvajalregorum, muscular bulbs of the rincheal apparatus had a stratified musculature as well as other species of trypanorhynchs and diphyllideans. Synapomorphies of Eucestoda were proposed from the optimized characters in the molecular phylogenies. The most important were the tumulogenic glands in Bothriocephalidea, the rincheal glands of Eutetrarhyncoidea (Trypanorhyncha), the gongylate columnar spinitriches in Phyllobothriidea, the serrated gladiate spinitriches in a sub-clade of Phyllobothriidea, the hamulate spinitriches in Tentacularioidea (Trypanorhyncha), and the stratified musculature in the clade formed by Trypanorhyncha and Diphyllidea. Key words: Eucestoda, Cestoda, scolex, morphology, histochemistry, electronic microscope, ultrastructure, glands, microtriches, sensory receptors, hooks, musculature, feature optimization, phylogeny. viii Agradecimientos Agradezco la posibilidad de haber realizado esta tesis a la Dra. Verónica Adriana Ivanov, a la Dra. Laura Susana López Greco, a los integrantes de la Comisión de Seguimiento de Tesis: Dr. Matías Pandolfi y Dr. Nicolás Schweigmann, a la subcomisión de doctorado del DBBE: Dr. Jorge Muschietti, Dr. Mariano Michat, Dr. Gabriel Manrique. Al Dr. Olabe de la comisión de doctorado y al decano Dr. Juan Carlos Reboreda. A la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y a la Universidad de Buenos Aires por financiar este proyecto con los subsidios PICT 2014–2358; PIP 11220150100705CO; UBACyT 20020130100617BA. También agradezco al CONICET por la beca otorgada, al Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (Universidad de Buenos Aires) y al IBBEA (CONICET-UBA) por permitirme llevar a cabo la presente tesis doctoral. Le agradezco a mi gran compañero de laboratorio y de campañas Sebastian Franzese, al hermoso grupo del laboratorio 50 por el apoyo y la amistad: Agustina Marciano, Liane Stumpf, Carolina Tropea, Ana Laura Tomas, Daniela Sganga, Amir Dyzenchauz y Santiago Timpanaro. A toda la gente que me brindó conocimientos, ayuda, reactivos y/o elementos de trabajo: Gladys Hermida, Esteban Miglietta, Ariadna Battista, Leonel Morandini, Fabiana Lo Nostro, Andrea Pozzi, AlejandroMartínez, Nathalia Arredondo, Alicia Gil de Pertierra, Juliana Giménez, Mariel Ojeda, Henrique Knack de Almeida, Celeste Yuvero, Eugenia Torroglosa, Georgina Rodríguez, Patricia Torres, Graciela Cohen, Alfredo Franzese, Alejandra Ribichich, Gabriel Rosa, Alexandra Gottlieb, Jimena Dindurra. Al equipo del LANAIS-MIE Mariana López Ravassio, Lucila Morono Brisuela y Lisandro Antón. A quienes me facilitaron la estadía y el uso de las instalaciones de la Estación Hidrobiológica de Puerto Quequén: Gustavo Chiaramote, Marilú Estalles, Karina y Luis. Jorge Natalio Ricci, Roque Bruno y su plantel de pescadores por facilitarme distintos ejemplares y abrirme las puertas de sus locales. A la tripulación del Buque oceanográfico ARA Puerto Deseado. A la gente de ATE-CONICET: Sara Cufré, Nicolás José Lavagnino, Bruno Colavitto y María Duperron. A todas las personas que desde afuera no dudaron en darme una mano siempre: Graciela Mónica Vitale, Gabriel Alfredo Mutti, Marina Belén Cascini, Ludmila Antonella Mutti, Nahuel Jano Bustos, Lázaro Bustos, Luciano Lutereau y Norma Corsinsky. A todas las personas que me trasmitieron buena energía y ánimo simpre. ix Índice general Introducción general ............................................................................................... 1 Materiales y Métodos ............................................................................................. 12 Capítulo 1: Glándulas del escólex .......................................................................... 17 Capítulo 2: Microtricos ............................................................................................ 42 Capítulo 3: Receptores sensoriales ....................................................................... 63 Capítulo 4: Ganchos ............................................................................................... 95 Capítulo 5: Musculatura del escólex ...................................................................... 103 Capítulo 6: Optimización de caracteres morfológicos en filogenias moleculares ............................................................................................................................... 116 Discusión general ................................................................................................... 193 Apéndice 1. Detalle de los muestreos ................................................................... 201 Apéndice 2. Detalle de los protocolos histológicos ................................................ 202 Apéndice 3. Matrices .............................................................................................. 207 Apéndice 4. Cantidad de ejemplares estudiados .................................................. 211 Bibliografía. ............................................................................................................ 212 x Índice de Figuras Figura 1. Filogenia de Cestoda modificada de Caira y Jensen (2014) con los 19 órdenes actuales .............................................................................................................. 2 Figura 2. Filogenia de Onchoproteocephalidea (Cestoda) .............................................. 2 Figura 3. Esquema del cuerpo de un cestode polizoico .................................................. 4 Figura 4. Fotografías al microscopio electrónico de barrido (MEB) mostrando la diversidad de escólex que existen en los diferentes órdenes de Cestoda y los cuerpos de dos órdenes de cestodes basales. .............................................................................. 5 Figura 5. Fotografías al microscopio electrónico de barrido mostrando los escólex en los órdenes Bothriocephalidea, Cyclophyllidea, Phyllobothriidea y Rhinebothriidea (Cestoda). ......................................................................................................................... 6 Figura 6. Escólex de Trypanorhyncha (Cestoda) ............................................................. 7 Figura 7. Esquema de la organización del tegumento y la musculatura subyacente en cestodes. ......................................................................................................................... 8 Figura 8. Fotografías al microscopio electrónico de transmisión (MET) de dos formas de receptores sensoriales en el tegumento de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha). ............................................................................................................ 9 Figura 9. Esquema de la musculatura en cestodes ......................................................... 11 Figura 10. Muestreos marinos en la costa bonaerense y la plataforma marina argentina .......................................................................................................................................... 12 Figura 11. Muestreos continentales en la provincia de Santa Fe y en el estuario del Río de la Plata ......................................................................................................................... 13 Figura 1.1. Glándulas del escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) observadas al microscopio óptico. ................................................................................... 20 Figura 1.2. Microfotografías al microscopio electrónico de barrido (MEB) de los tumuli en la superficie apical del escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea).. .... 21 Figura 1.3. Glándulas tipo I y II en el escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) al microscopio electrónico de transmisión (MET). ............................ 22 Figura 1.4. Fotografías de las glándulas frontales del escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) coloreadas con PAS y observadas al microscopio óptico. ............................................................................................................................... 24 Figura 1.5. Glándulas del escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observadas al microscopio electrónico de transmisión. ................................................. 25 Figura 1.6. Ubicación del órgano glandulomuscular botridial en el escólex de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). ................................................................ 26 xi Figura 1.7. Órgano glandulomuscular botridial (OGM) de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). ............................................................................................................. 27 Figura 1.8. Esquema del órgano glandulomuscular botridial del escólex de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). ................................................................ 28 Figura 1.9. Glándulas del escólex de Monticellia magna (Onchoproteocephalidea) en cortes histológicos observados al microscopio óptico (MO). ............................................ 29 Figura 1.10. Glándulas del escólex de Monticellia magna (Onchoproteocephalidea) observada al MET. ............................................................................................................ 30 Figura 1.11. Glándulas de Proteocephalus pimelodi (Onchoproteocephalidea) observadas al microscopio óptico. .................................................................................... 32 Figura 1.12. Glándulas tipo 1, 2 y 3 en el escólex de Proteocephalus pimelodi (Onchoproteocephalidea) observadas al MET ................................................................. 33 Figura 2.1. Clasificación de los microtricos, tomado y modificado de Chervy (2009) ... 43 Figura 2.2. Estructura interna de los microtricos observada al MET. ............................. 44 Figura 2.3. Microtricos de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) observados al MET. ................................................................................................................................45 Figura 2.4. Ubicación de los microtricos en el escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observado al microscopio óptico.. ...................................................... 46 Figura 2.5. Espinitricos lanceolados aserrados de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha), observadas al MET. .......................................................................... 48 Figura 2.6. Filitricos en corte longitudinal de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observadas al MET ........................................................................................................... 49 Figura 2.7. Espinitricos de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea) observados al MEB (A, D, G) y al MET (B, C, E, H, I). ............................................................................ 51 Figura 2.8. Filitricos de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidae) observados al MEB (A, C, E, H, J) y al MET (B, D, F, G, I, K).. ............................................................. 53 Figura 2.9. Microtricos de Monticellia magna (Onchoproteocephalidea) observados al MET. ................................................................................................................................. 54 Figura 2.10. Microtricos de Proteocephalus pimelodi (Onchoproteocephalidea) observados al MET. .......................................................................................................... 56 Figura 3.1. Dos formas de receptores sensoriales en Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observadas al MET. ............................................................................ 63 Figura 3.2. Esquema de los cuatro tipos de receptores sensoriales (A, B, C, D) en cestodes .......................................................................................................................... 66 Figura 3.3. Esquema de los subtipos de receptores tipo A. ........................................... 68 xii Figura 3.4. Esquema de los subtipos de receptores tipo B .............................................. 70 Figura 3.5. Esquema de los subtipos de receptores tipo C .............................................. 72 Figura 3.6. Esquema de los subtipos de receptores D ..................................................... 73 Figura 3.7. Posición de los receptores sensoriales en el escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) observados al microscopio óptico. ..................................... 79 Figura 3.8. Receptores B1 y C2L de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) observados al MET. .......................................................................................................... 80 Figura 3.9. Posición aproximada de los receptores sensoriales en el escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observados al microscopio óptico. .............. 81 Figura 3.10. Receptores sensoriales no ciliados de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observados al MET. .......................................................................... 82 Figura 3.11. Receptores sensoriales ciliados de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observados al MET. ......................................................................... 83 Figura 3.12. Posición aproximada de los receptores sensoriales en un corte longitudinal de botridio de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea) observado al microscopio óptico. ........................................................................................................... 84 Figura 3.13. Receptores sensoriales de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea) observados al microscopio electrónico. ............................................................................ 85 Figura 4.1. Ganchos tentaculares en Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observado al microscopio óptico.. .................................................................................. 97 Figura 4.2. Ultraestructura interna un gancho tentacular en Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observada al MET.. ............................................................................ 97 Figura 4.3. Ultraestructura interna de ganchos tentaculares en Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observada al MET. ............................................................................. 98 Figura 4.4. Ganchos botridiales de Acanthobothrium marplatensis (Onchoproteocephalidea) y Calliobothrium australis (Tetraphyllidea) observados al microscopio óptico. .......................................................................................................... 99 Figura 4.5. Ultraestructura del gancho de Acanthobothrium marplatensis (Onchoproteocephalidea) observado al MET. ................................................................. 100 Figura 5.1. Esquema de los septos en el escólex.. ......................................................... 104 Figura 5.2. Escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanoryncha) indicando la ubicación de los músculos retractores y bulbos. .............................................................. 105 Figura 5.3. Musculatura del aparato rinqueal de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observada al MET. .............................................................................. 107 xiii Figura 5.4. Membranas limitantes y musculatura en corte longitudinal de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea) observado al MET.. ................................ 109 Figura 5.5. Ventosas con musculatura radial de Monticellia magna y Proteocephalus pimelodi (Onchoproteocephalidea) observados al microscopio óptico y al MET. ............ 110 Figura 5.6. Botridios de Acantobothrium marplatensis, A. zapterycum (Onchoproteocephalidea) y Calliobothrium australis (Tetraphyllidea). ............................. 112 Figura 6.1. Filogenia de Onchoproteocephalidea ............................................................. 117 Figura 6.2. Árbol filogenético de la Clase Cestoda tomada de la figura 3 de Caira et al (2014). .............................................................................................................................. 119 Figura 6.3. Árbol filogenético de Bothriocephalidea tomado de Brabec et al. (2015).) ... 122 Figura 6.4. Árbol filogenético de Proteocephalidea tomada de Chambrier et al. (2015). . 122 Figura 6.5. Análisis filogenético de Trypanorhyncha tomada de Olson et al. (2010). ...... 123 Figura 6.6. Mecanismo de secreción .............................................................................. 128 Figura 6.7. Organización glandular ................................................................................. 129 Figura 6.8. Ubicación de la glándula ............................................................................... 130 Figura 6.9. Glándulas en el aparato rinqueal .................................................................. 131 Figura 6.10. Ubicación de las glándulas .......................................................................... 132 Figura 6.11. Músculo ....................................................................................................... 133 Figura 6.12. Tumuli .......................................................................................................... 134 Figura 6.13. Tumuli .......................................................................................................... 135 Figura 6.14. Capuchón en espinitricos ........................................................................... 143 Figura 6.15. Capuchón en filitricos .................................................................................. 144 Figura 6.16. Túnica .......................................................................................................... 145 Figura 6.17. Baseplate ....................................................................................................146 Figura 6.18. Filitrico papiliforme ....................................................................................... 147 Figura 6.19. Filitrico acicular ............................................................................................ 148 Figura 6.20. Filitrico capiliforme ....................................................................................... 149 Figura 6.21. Espinitrico bífido ......................................................................................... 150 Figura 6.22. Espinitrico gladiado .................................................................................... 151 Figura 6.23. Espinitrico gladiado en el cuello. ................................................................ 152 xiv Figura 6.24. Espinitrico gladiado en el cuello .................................................................. 153 Figura 6.25. Espinitrico hamulado .................................................................................. 154 Figura 6.26. Espinitrico hamulado .................................................................................. 155 Figura 6.27. Espinitrico lingulado .................................................................................... 156 Figura 6.28. Espinitrico palmado .................................................................................... 157 Figura 6.29. Espinitrico palmado ..................................................................................... 158 Figura 6.30. Espinitrico espatulado ................................................................................. 159 Figura 6.31. Espinitrico trífido ......................................................................................... 160 Figura 6.32. Espinitrico trífido ......................................................................................... 161 Figura 6.33. Espinitrico trifurcado ................................................................................... 162 Figura 6.34. Espinitrico columnar ................................................................................... 163 Figura 6.35. Espinitrico coniforme. ................................................................................. 164 Figura 6.36. Espinitrico hastado ...................................................................................... 165 Figura 6.37. Espinitrico escolopado ................................................................................. 166 Figura 6.38. Receptor tipo A ............................................................................................ 170 Figura 6.39. Tipo de receptor A ...................................................................................... 171 Figura 6.40. Receptor tipo B ........................................................................................... 172 Figura 6.41. Tipo de receptor B ..................................................................................... 173 Figura 6.42. Receptor tipo C .......................................................................................... 174 Figura 6.43. Tipo de receptor C ...................................................................................... 175 Figura 6.44. Tipo de receptor D ...................................................................................... 176 Figura 6.45. Receptor tipo A asociado ........................................................................... 177 Figura 6.46. Receptor tipo C asociado a ........................................................................ 178 Figura 6.47. Receptor tipo D asociado a ........................................................................ 179 Figura 6.48. Reacción a la coloración ............................................................................ 182 Figura 6.49. Ultraestructura ............................................................................................ 183 Figura 6.50. Interior del gancho ...................................................................................... 184 Figura 6.51. Ubicación ................................................................................................... 185 Figura 6.52. Ubicación de los ganchos ............................................................................ 186 xv Figura 6.53. Musculatura estratificada ............................................................................ 189 Figura 6.54. Tipo de septo transversal ........................................................................... 190 xvi Índice de tablas Tabla 1. Especies de cestodes estudiadas en esta tesis ................................................ 14 Tabla 1.1. Resumen de los tipos de glándulas y coloraciones histológicas positivas en los diferentes escólex. ...................................................................................................... 34 Tabla 2.1. Medidas y posición de los filitricos de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). ............................................................................................................. 52 Tabla 3.1. Ubicación de los receptores en el tegumento y su asociación con glándulas 76 Tabla 3.2. Ubicación de los receptores en el escólex y el estróbilo ................................ 77 Tabla 3.3. Registro de receptores en los diferentes órdenes de Cestoda. ...................... 78 Tabla 6.1. Caracteres utilizados en la optimización de caracteres, aplicados sobre los análisis filogenéticos realizados por Caira et al. (2014), Brabec et al. (2015), de Chambrier et al. (2015) y Olson et al. (2010) ................................................................... 119-120 Tabla 6.2. Genes y análisis utilizados en los arboles filogenéticos realizados por Brabec et al. (2015), de Chambrier et al. (2015) y Olson et al. (2010). ............................ 121 Tabla 6.3. Modificación de los estados del carácter en la optimización de caracteres sobre la filogenia de Brabec et al. (2015), de Chambrier et al. (2015) y Olson et al. (2010). ............................................................................................................................ 121 Tabla 6.4. Tipos de espinitricos autapomórficos en la filogenia de Caira et al. (2014) .... 136 1 Introducción general Los cestodes (Platyhelminthes, Neodermata) son parásitos estrictos y poseen ciclos de vida complejos en los cuales infectan vertebrados e invertebrados (Smyth y McManus 1989, Roberts y Janovy 2009). En estado adulto son endoparásitos intestinales exclusivos de vertebrados (Roberts y Janovy 2009). Muchas especies son patógenas para el hombre o económicamente relevantes ya que afectan al ganado y a los peces de importancia comercial. Entre las afecciones más conocidas en humanos se encuentran las teniasis producidas por Taenia solium y T. saginata, la hidatidosis que es causada por Echinococcus granulosus y la difilobotriosis por Diphyllobothrium latum (Roberts y Janovy 2009). En la última revisión de la clasificación de los cestodes, la cual está basada principalmente en la morfología del escólex, y de los órganos reproductores (Khalil et al. 1994), se reconocen 14 órdenes. Con el advenimiento de las clasificaciones filogenéticas basadas en caracteres moleculares, se produjo una reorganización significativa en varios de los órdenes y familias de cestodes reconociéndose actualmente 19 órdenes (Figura 1) (Brabec et al. 2006, Healy et al. 2009, Olson et al. 2010, Caira et al. 2014, Caira y Jensen 2017). El Orden Pseudophyllidea se dividió en Bothriocephalidea y Diphyllobothriidea (Brabec et al. 2006, Kuchta et al. 2008a). Los Phyllobothriidea y Rhinebothriidea que formaban parte de los Tetraphyllidea, son actualmente reconocidos como órdenes independientes,al igual que los Litobothriidea y Cathetocephalidea (Healy et al. 2009, Caira et al. 2014). Parte de los Onchobothriidae (Tetraphyllidea) forman el nuevo orden Onchoproteocephalidea junto a todas las especies del antiguo orden Proteocephalidea (Figura 2). Las filogenias moleculares no sólo promovieron la reorganización de las clasificaciones a nivel ordinal, sino que en órdenes claramente monofiléticos como los Trypanorhyncha, se propusieron cambios importantes a nivel de suborden y familia (Palm et al. 2009, Olson et al. 2010). Si bien las filogenias moleculares concuerdan con muchos de los nuevos órdenes propuestos a partir de estudios con distintos genes (lsrDNA, ssrDNA, rrnL, cox1, (mt) DNA) (Brabec et al. 2006, Olson et al. 2010, Caira et al. 2014, Brabec et al. 2015, de Chambrier et al. 2015) para muchos de estos taxa no existen aún sinapomorfías que concuerden también desde la morfología. En particular, los órdenes Phyllobothriidea, Rhinebothriidea, Onchoproteocephalidea y la mayoría de las familias de Trypanorhyncha están sólo sustentados por secuencias moleculares. 2 Figura 1. Filogenia de Cestoda modificada de Caira y Jensen (2014) con los 19 órdenes actuales. Se indica con símbolos el ambiente que habita el hospedador definitivo y con ilustraciones el tipo de hospedador. Entre comillas “Tetraphyllidea” orden polifilético. Figura 2. Filogenia de Onchoproteocephalidea (Cestoda). Notar que morfología de los acetábulos, ganchos y hospedadores varía a lo largo de la filogenia. Modificado de Caira et al. (2017). 3 Así, el objetivo principal de este trabajo de tesis fue realizar el estudio comparado de estructuras relacionadas con el escólex (microtricos, glándulas, receptores sensoriales, etc.) en representantes de distintos órdenes de eucestodes, con el fin de aportar nuevos caracteres que podrían resultar relevantes en estudios filogenéticos. Objetivos específicos 1. Estudiar la estructura de las glándulas asociadas al escólex y la naturaleza de sus secreciones. 2. Estudiar la ultraestructura de distintos tipos de microtricos combinando técnicas de microscopía electrónica de barrido (MEB) (ultraestructura externa) y microscopía electrónica de transmisión (MET) (ultraestructura interna), para poder redefinir la terminología asociada a los microtricos y inferir su función. 3. Estudiar y comparar los receptores sensoriales ubicados en el escólex en representantes de distintos órdenes. 4. Comparar la estructura de los ganchos en representantes de distintos órdenes. 5. Estudiar la organización muscular en representantes de distintos órdenes. 6. Evaluar la evolución de estos caracteres en un contexto filogenético. HIPOTESIS Existen caracteres morfológicos que representan sinapomorfías en clados obtenidos de filogenias moleculares de cestodes. Organización de la tesis Este trabajo de tesis se dividió en 6 capítulos, donde cada uno desarrolla cada un objetivo especifico. El capítulo final, recopila y utiliza la información de los capítulos anteriores. Dicha información es optimizada en diferentes filogenias moleculares, por lo tanto, el capítulo 6, no sólo responde al objetivo particular número 6, sino que también responde al objetivo principal y a la hipótesis de trabajo. La morfología general de los cestodes se explica en la introducción general y cada estructura particular es retomada en la introducción de cada capítulo. 4 Introducción a la morfología del estadio adulto de los cestodes Los cestodes presentan dos regiones principales: el escólex y el estróbilo, excepto los miembros de los órdenes Gyrocotylidea y Amphilinidea que no poseen escólex (Roberts y Janovy 2009). El estróbilo es la parte posterior del cuerpo y en los cestodes polizoicos está divido en proglótidos (Figura 3). Cada proglótido contiene órganos reproductivos femeninos y masculinos. Entre el escólex y el estróbilo se encuentra una zona relativamente indiferenciada denominada cuello, la cual contiene células madre responsables de originar nuevos proglótidos (Roberts y Janovy 2009). Figura 3. Esquema del cuerpo de un cestode polizoico. Modificado de Pearson (2018). El escólex es el principal órgano de fijación, se encuentra en el extremo anterior del cuerpo y posee gran variedad de estructuras (Figuras 3 y 4) (Roberts y Janovy 2009, Caira y Jensen 2017). 5 Figura 4. Fotografías al microscopio electrónico de barrido (MEB) mostrando la diversidad de escólex que existen en los diferentes órdenes de Cestoda y los cuerpos de dos órdenes de cestodes basales. Nota: los cestodes basales no tienen escólex. Modificado de Thomas (1983), Rohde y Watson (1990), Olson y Caira (2001), Ivanov y Brooks (2002), Caira et al. (2005), Tyler (2006), Poddubnaya et al. (2008), Menoret e Ivanov (2009, 2011), Kutcha et al. (2014), Oros et al. (2016), Caira y Jensen (2017), Franzese e Ivanov (2018). Existe una gran diversidad de formas de escólex que exhiben distintos grados de complejidad. Por ejemplo, el escólex de los Bothriocephalidea suele ser relativamente simple, posee dos botrias, en ocasiones un disco apical y muy pocas veces está armado con ganchos (Figura 5) (Kutcha et al. 2008b). En los miembros del órden Phyllobothriidea, los escólex carecen de ganchos y tienen 4 acetábulos (o botridios) con ventosas accesorias (Caira et al. 2014). 6 Los Rhinebothriidea poseen 4 acetábulos subdivididos en loculi. Algunas especies de rinebotrideos presentan un órgano apical llamado myzorrinco (Healy et al. 2009). Otro tipo de escólex acetabulado y que suele tener un órgano apical es el de los Cyclophyllidea. En este caso, los acetábulos tienen forma de ventosa y el órgano apical se llama rostelo, el cual puede presentar ganchos y glándulas (Mariaux et al. 2017) (Figura 5). En los escólex, los acetábulos, sin importar su forma (ventosas o botridios), tienen el parénquima y la musculatura separados del parénquima del escólex propiamente dicho mediante una membrana limitante (bounding membrane), que no existe en las botrias (Caira et al. 1999). Figura 5. Fotografías al microscopio electrónico de barrido mostrando los escólex en los órdenes Bothriocephalidea, Cyclophyllidea, Phyllobothriidea y Rhinebothriidea (Cestoda). Tomadas de Gil de Pertierra et al. (2011), Menoret e Ivanov (2011), Kunkel (2019). El morfotipo de escólex más complejo es el que poseen los tripanorrincos. Este escólex está compuesto por un par de botrias y un aparato rinqueal (excepto en miembros del genero Aporhynchus) (Palm 2004). El aparato rinqueal es un sistema complejo, formado por 4 tentáculos armados con ganchos. Cada tentáculo posee una vaina tentacular, dentro de la cual puede retraerse, y un bulbo muscular (Figura 6). Las regiones de este escólex suelen tomar el nombre de la estructura que contienen, por ejemplo, la zona de los bulbos se llama pars bulbosa y la parte donde están las botrias, pars botrialis (Figura 6). 7 Figura 6. Escólex de Trypanorhyncha (Cestoda). A. Fotografía al microscopio electrónico de barrido de Grillotia carvajalregorum. Tomada de Menoret e Ivanov 2009. B. Esquema del escólex. A: anterior. P: posterior. PBo: pars bothrialis. PBu: pars bulbosa. PV: pars vaginalis. PS: pedunculus scolices. Los cestodes pertenecen a un grupo de platelmintos llamado Neodermata, el cual incluye a la clase Trematoda y a la clase Monogenea (Hickman et al. 2001). Este nombre se debe a que durante su ontogenia, los cestodos, trematodes y monogeneos pierden la epidermis y la remplazan por un sincicio (Hickman et al. 2001). Como los cestodes carecen de sistema digestivo, obtienen todo su alimento a través del tegumento sincicial (Jones 1998, Palm 2004). El tegumento de los cestodes se encuentra dividido en dos regiones: el citoplasma distal y los citones tegumentarios (tegumentary cytons). El citoplasma distal es la parte superficialdel tegumento que contiene gránulos, vesículas y mitocondrias (Figura 7). Esta zona del tegumento es la que interactúa con el exterior y se encuentra cubierta de estructuras llamadas microtricos (Chervy 2009). Los microtricos poseen una estructura bipartita, la cual los diferencia de las microvellosidades y son una sinapomorfía de los Cestoda (Chervy 2009, Caira y Jensen 2014). Se especula que poseen funciones absortivas, abrasivas y de fijación. Existen 28 morfotipos distintos de 8 microtricos que se distribuyen de manera diferencial en el cuerpo y en cada especie de cestode. Las características de estas estructuras se explicarán en profundidad en el capítulo 2. Además de microtricos, el tegumento puede presentar ganchos (Caira y Jensen 2014, Caira y Jensen 2017), con características particulares según el orden que los posea (Caira y Jensen 2014). Los ganchos están conformados por estructuras proteicas y pueden interactuar de forma directa con la musculatura. Aunque varían en su forma, cantidad, tamaño y composición aminoacídica, se supone que ontogénicamente todos se desarrollan a partir de los microtricos (Mount 1970, Caira y Jensen 2014, Caira y Jensen 2017). Estas estructuras se expondrán en profundidad en el capítulo 4 en esta tesis. Por otro lado, el citoplasma distal del tegumento se encuentra delimitado internamente por la membrana basal (basament lamella) que está formada por la lámina basal y la lámina reticularis (Lumsden y Hildreth 1983). Esta estructura separa el citoplasma distal del “tejido” conectivo subyacente llamado parénquima. Los citones tegumentarios (tegumentary cytons) son los núcleos de las células tegumentarias, y se encuentran inmersos en el parénquima, debajo del citoplasma distal unidos a él por prolongaciones citoplasmáticas (Figura 7). Figura 7. Esquema de la organización del tegumento y la musculatura subyacente en cestodes. Tomado y modificado de Hickman et al. (2001). 9 Asociados al tegumento se pueden encontrar distintos receptores sensoriales (Figuras 7 y 8). Estos receptores son dendritas especializadas que pueden presentar vesículas gránulos, neurotúbulos, cilios, etc. Aunque existe una gran diversidad de morfotipos, no existe una clasificación unificada de los mismos. Los dos morfotipos comúnmente distinguibles de estos receptores son los ciliados y los no ciliados (Figura 8). La diversidad, ultraestructura y funcionalidad de estos receptores se abordará en el capítulo 3. Figura 8. Fotografías al microscopio electrónico de transmisión (MET) de dos formas de receptores sensoriales en el tegumento de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha). A. Sin cilio B. Con Cilio. Asterisco: Vesícula electro-lúcida. Punta de flecha negra: anillos de soporte. Flecha blanca: Desmosomas septados. C: Cilio; Cb; Cuerpo basal; Cd: Citoplasma distal del tegumento; Da: Disco apical; Mi: Mitocondria; R: Raíz. Algunas zonas del tegumento se especializan formando glándulas exócrinas (Arme y Threadgold 1976), las cuales poseen cuerpos celulares hundidos en lo profundo del parénquima (Kuperman y Davydov 1982). Estas glándulas pueden ser unicelulares o sinciciales, y se ubican en diferentes zonas del escólex. Poseen, además, diferentes mecanismos de secreción y se especula que cumplen funciones adhesivas, proteolíticas o de protección, sin embargo son escasos los trabajos histoquímicos y ultraestructurales sobre los mismos (ej. Arme y Threadgold 1976, Kuperman y Davydov 1982, Farooqi 1986, McCullough y Fairweather 1989, Poddubnaya et al. 2007). La forma, distribución y organización de las glándulas del escólex serán desarrolladas en el capítulo 1. El parénquima funciona como un tejido conectivo que soporta al tegumento y contiene a los sistemas nervioso, muscular, excretor/osmoregulador, y reproductores femenino y masculino. Dentro del parénquima se desarrolla la musculatura, la cual puede o no formar parte del parénquima según el autor (Conn 1993, Korneva 2013). En los cestodes, la 10 musculatura se divide en somática y no somática (Mair et al. 1998, Korneva 2013). La musculatura somática es lisa y se encuentra organizada en distintas capas (Lumsden y Hildreth 1983, Ward et al. 1986). La primera capa de musculatura es circular y se ubica debajo del citoplasma distal del tegumento. Debajo de esta, se encuentra una capa de musculatura longitudinal (Figura 7). En ocasiones, más profundo en el parénquima suele existir una capa de musculatura transversal, y por último, en la médula del parénquima existe una capa de musculatura longitudinal (Lumsden y Hildreth 1983). La célula muscular presenta una parte nucleada y otra contráctil (Korneva 2013). La parte nucleada posee el núcleo de la célula y forma parte de los elementos del parénquima (Smyth y McManus 1989). Aunque ambas partes de la célula pueden acumular reservas energéticas, normalmente es la parte nucleada la que acumula más glucógeno (Lumsden y Hildreth 1983, Korneva 2013). Además, el citoplasma que rodea al núcleo posee ribosomas, mitocondrias, aparato de Golgi, retículo endoplasmático rugoso y gotas de lípidos. El núcleo de la célula muscular suele encontrarse lejos de la parte contráctil y se conecta con ella a partir de procesos citoplasmáticos (Figura 9). Los procesos citoplasmáticos pueden conectar una zona contráctil a varios núcleos, por lo tanto algunos autores consideran que la musculatura forma un sincicio (Lumsden y Hildreth 1983). La parte contráctil de la célula está compuesta de miofibrillas que ocasionalmente pueden formar una especie de fascículo. Las miofibrillas están formadas a su vez por protofibrillas de filamentos finos de 5–10 nm y filamentos gruesos de entre 10–40 nm de grosor (Korneva 2013). Cada filamento grueso se encuentra rodeado por 9–12 filamentos finos (Lumsden y Hildreth 1983, Mair et al. 1998). También se han hallado filamentos muy gruesos de más de 50 nm en algunos de los miembros de los órdenes Trypanorhycha y Haplobothridea (Lumsden y Hildreth 1983, Korneva 2013). La musculatura no somática corresponde a la musculatura de los órganos reproductivos y del escólex (Mair et al. 1998, Korneva 2013). Morfológicamente es similar a la musculatura somática, aunque presenta especializaciones particulares. Las especializaciones musculares en el escólex serán desarrolladas en el capítulo 5. 11 Figura 9. Esquema de la musculatura en cestodes. Tomado de Smyth y McManus (1989). Flechas: miofibrillas 12 Materiales y Métodos Obtención de los hospedadores Se capturó un total de 32 ejemplares de elasmobranquios y teleósteos, en 11 campañas marinas y 4 campañas continentales. Los muestreos se realizaron en el Río San Javier (Saladero Cabal, Santa Fe), en el Río de la Plata (Costanera Norte, CABA), en el Río Colastiné (Colastiné, Santa Fe), en la costa atlántica bonaerense (Mar de Plata y Necochea) y en la plataforma marina argentina a bordo del Buque Oceanográfico Puerto Deseado (Figuras 10 y 11). Los ejemplares de los muestreos continentales se obtuvieron a partir de concursos de pesca o pesca artesanal comercial, en ambos casos con caña de pescar. Los ejemplares de muestreos costeros marinos se obtuvieron a partir de la pesca comercial. Los ejemplares del Buque Oceanográfico fueron obtenidos por una red piloto de arrastre de fondo con portones. El detalle de las capturas se especifica en el apéndice 1. Figura 10. Muestreos marinos en la costa bonaerense y la plataforma marina argentina. 13 Figura 11. Muestreos continentales en la provincia de Santa Fe y en el estuario del Río de la Plata (Ciudad Autonoma de Buenos Aires = CABA). Cada ejemplar de elasmobranquio o teleósteo fue examinado, fotografiado, e identificado hasta el nivel de especie. Para la obtención de los cestodes adultos se realizó una incisión ventral, y se extrajo la válvula espiral o el intestino de cada hospedador.Una vez diseccionado el órgano, se observó el contenido y la mucosa intestinal del mismo bajo lupa. Algunos cestodes aislados fueron fijados en formaldehído neutro al 4% y transferidos posteriormente a alcohol etílico al 70% para su conservación y posterior estudio al microscopio óptico o al microscopio electrónico de barrido. Otros fueron fijados en glutaraldehído al 2,5% en tampón fosfato 0,1 mol L – 1 pH 7,4 durante 48 h y transferidos al mismo buffer a 4ºC para su conservación y posterior estudio al microscopio electrónico de transmisión. Para la identificación de los cestodes fijados en glutaraldehído 2,5%, se cortó la parte posterior del estróbilo del cestodo para la preparación del material como un voucher. Los vouchers fueron fijados en formaldehído neutro al 4% y transferidos a alcohol etílico 70% para su conservación. El mismo procedimiento de fijación (formaldehído neutro al 4%) se realizó con los intestinos y las válvulas espirales de los hospedadores para poder ser transportados y examinados con mayor detalle en el laboratorio. Las especies estudiadas en esta tesis se especifican en la tabla 1. 14 Tabla 1. Especies de cestodes estudiadas en esta tesis. Orden Especie Hospedador Bothriocephalidea Clestobothrium cristinae Merluccius hubssi Trypanorhyncha Grillotia carvajalregorum Squatina guggenheim Phyllobothriidea Orygmatobothrium schmittii Mustelus schmitti "Tetraphyllidea" Calliobothrium australis Mustelus schmitti Onchoproteocephalidea Acanthobothrium marplatensis Atlantoraja castelnaui Onchoproteocephalidea Acanthobothrium zapterycum Zapterix brevirostris Onchoproteocephalidea Monticellia magna Pimelodus albicans y P. maculatus Onchoproteocephalidea Proteocephalus pimelodi Pimelodus albicans y P. maculatus Técnicas y procedimientos para el estudio morfológico Preparaciones permanentes (whole-mounts) Un ejemplar entero de cada especie y, además, el material voucher conservado en alcohol etílico 70%, fueron hidratados utilizando alcohol etílico en serie decreciente de concentración (70%, 50%, 35% y agua destilada) y coloreados con hematoxilina de Harris toda la noche. Posteriormente fueron deshidratados mediante una serie creciente de concentraciones de alcohol etílico (35%, 50%, 70%, 85%, 90%, 100%), decolorados con una solución de HCl:etanol 70 % 1:1, aclarados con metilsalicilato, y montados entre porta y cubreobjetos con bálsamo natural de Canadá (Pritchard y Kruse, 1982). Estos especímenes fueron estudiados para realizar su identificación especifica. Cortes histológicos Un total de 115 cestodes fijados en formaldehido neutro 4% y conservados en alcohol etílico 70% fueron deshidratados utilizando una serie de concentraciones graduales de alcohol butílico: alcohol etílico: agua destilada (sol. 1: 20:50:30; sol. 2: 35:50:15; sol 3: 55:40:5; sol.4:75:25:0) por 15min hasta llegar a alcohol butílico puro (ver detalle en apéndice 4). Luego, los cestodes 15 fueron transferidos a una solución 1:1 de parafina: alcohol butílico por 30 min, a parafina 30 min (dos veces), y finalmente incluidos en parafina. Se realizaron cortes en secciones longitudinales, sagitales y transversales con un espesor de entre 5- 8 μm con un micrótomo rotatorio Leica RM 2125 RTS. Los cortes se colorearon con hematoxilina-eosina (H&E) y tricrómico de Masson modificado para identificación de tejidos y obtención de imágenes topográficas. Además, otras secciones histológicas se colorearon utilizando diferentes técnicas histoquímicas: azul brillante de Coomassie (Kiernan, 1999) para detectar proteínas / péptidos, ácido periódico - Reactivo de Schiff (PAS) contrastado con hematoxilina de Carazzi (Suvarna et al. 2012) para glicoconjugados neutros (glicoproteínas, mucopolisacáridos), Azul de Alcian para glicoconjugados ácidos y negro Sudán para detectar lípidos (Ojeda 2011). Se utilizaron secciones de intestino de ratas Wistar HsdFcen: WI, como controles positivos y negativos para las técnicas histoquímicas. Los protocolos seguidos para la realización de cada una de estas técnicas se detallan en el apéndice 2. Los preparados permanentes y cortes histológicos fueron observados y medidos en microscopios ópticos: Olympus BX 51, Zeiss Axio imager A1. Las fotografías se tomaron con microscopios ópticos: Zeiss Axioscope con equipo fotográfico Nikon Coolpix 950 y con un Zeiss Axioplan con equipo fotográfico Zeizz Axiocam ERc 5s. Microscopia electrónica de barrido Se estudió la morfología de los microtricos, la presencia de receptores sensoriales o de secreciones glandulares sobre la superficie del tegumento mediante la observación de ejemplares de O. schmittii y C. cristinae al microscopio electrónico de barrido (MEB). Los escólex fijados en formaldehido neutro 4% y conservados en alcohol etílico 70% fueron hidratados mediante una serie decreciente de concentraciones de etanol y post-fijados en tetróxido de osmio al 1% toda la noche. Posteriormente se los deshidrató mediante una serie creciente de concentraciones de etanol, se los transfirió a una solución 1:1 de etanol:hexametildesilazano por 30 min, y por último se los dejo 1h en hexametildisilazano. Los escólex se montaron sobre tacos de aluminio utilizando cinta bifaz. Los mismos fueron observados y fotografiados mediante el uso del microscopio electrónico de barrido Philips XL 30 perteneciente al servicio de microscopía del Museo Argentino de Ciencias Naturales (CONICET) y del MEB Zeiss Supra 40 del Centro de Microscopias Avanzadas (CMA), FCEN, UBA. Microscopia electrónica de transmisión Los escólex de C. cristinae, G. carvajalregorum, O. schmittii, A. marplatensis, M. magna y P. pimelodi fueron estudiados con microscopia electrónica de transmisión (MET). El material fue fijado en glutaraldehído al 16 2,5% en tampón fosfato 0,1 mol L – 1 pH 7,4 durante 48 h, lavado en buffer fosfato y post-fijado durante 1 h en OsO4 al 1% en el mismo tampón. Luego, las muestras se deshidrataron y se incrustaron en resina Spurr o Durcupan (López et al., 2008). Los cortes semifinos (de 0,5 a 1 μm) se obtuvieron con un ultramicrotomo Reichert-Jung (modelo Ultracut E) y se tiñeron con azul de toluidina al 1% (López et al., 2008), también se utilizó negro Sudán para la detección de lípidos, y azul brillante de Coomassie para detección de proteínas. Secciones ultrafinas (70–90 nm) se contrastaron con acetato de uranilo y citrato de plomo (Reynolds, 1963), y se examinaron y fotografiaron utilizando un Zeiss EM 109 T operado a 80 kV perteneciente al Laboratorio Nacional de Investigación y Servicios de Microscopía Electrónica (LANAIS-MIE), UBA- CONICET. Procesamiento de microfotografías Una vez obtenidas las microfotografías a través del MEB, MET o el microscopio óptico (MO), las estructuras se midieron utilizando el programa Adobe Photoshop CS6. El mismo programa se utilizó para el armado de las figuras y dibujos. En las descripciones morfológicas las medidas se expresan con el siguiente formato: rango (media ± desvío estándar; número de medidas realizadas para dicho carácter). Todas las medidas se dan en nanómetros (nm) o micrómetros (µm). Optimización de caracteres Los caracteres morfológicos obtenidos se optimizaron con el programa TNT (Goloboff et al. 2008) en las filogenias de Brabec et al. (2015), Caira et al. (2014), de Chambrier et al. (2015), Olson et al. (2010). El detalle de los procedimientos se especifica en el capítulo 6. Algunos resultados de está tesis fueron publicados en Mutti e Ivanov (2019). 17 Capı́tulo 1. Glándulas del escólex Introducción Las glándulas del escólex han sido observadas en varias especies de cestodes. En términos generales, son llamadas glándulas frontales o anteriores (Gustafsson y Vaihela 1981, Kuperman y Davydov 1982, Farooqi 1986, McCullough y Fairweather 1989), y cuando están asociadas a algunaestructura del escólex reciben el nombre de la misma, por ejemplo glándula rostelar, glándula del órgano apical, etc. Generalmente se desarrollan en el parénquima, y sus secreciones se descargan en el ápice del escólex, margen de las botrias, los acetábulos, los órganos apicales y/o a lo largo del cuello (Kuperman y Davydov 1982, McCullough y Fairweather 1989, Ivanov 2008). Pueden ser unicelulares o sinciciales (Hayunga 1979, Kuperman y Davydov 1982, McCullough y Fairweather 1989, Poddubnaya et al. 2007), y secretan glicoproteínas, lipoproteínas, mucopolisacáridos o proteínas (Smyth 1964, Thompson et al. 1979, Farooqi 1986, McCullough y Fairweather 1989, Caira et al. 2005). Se han propuesto diversas funciones para estas glándulas, tales como: proteólisis para la digestión extracorporal o para la penetración de tejidos (Arme y Threadgold 1976, Poddubnaya et al. 2007), adhesión (McCullough y Fairweather 1989, Caira et al. 2005) y protección contra las enzimas o la respuesta inmune del hospedador (Arme y Threadgold 1976, Farooqi 1986). Kuperman y Davydov (1982) clasificaron los mecanismos de secreción observados en cestodes en merocrinos, apocrinos y microapocrinos, sin embargo Thompson et al. (1979) registraron glándulas holocrinas en Echinococcus granulosus. Los estudios ultraestructurales e histoquímicos de estas glándulas se han realizado solamente en unas pocas especies de los órdenes Bothriocephalidea, Diphyllobothriidea, Caryophyllidea, Cyclophyllidea, Litobothriidea, Lecanicephalidea, Onchoproteocephalidea, Phyllobothriidea y Trypanorhyncha (Hayunga 1979, Kuperman y Davydov 1982, McCullough y Fairweather 1989, Brockerhoff y Jones 1995, Moreno et al. 2001, Whittington y Cribb 2001, Žďárská et al. 2004, Poddubnaya et al. 2007, Gallagher et al. 2017, Mutti e Ivanov 2019). No existe ningún trabajo que analice la diversidad morfológica de todas las glándulas, y la posible relación filogenética entre los taxa y el tipo de glándula que poseen. El objetivo en este capítulo es estudiar la morfología, la histoquímica, los mecanismos de secreción y la ultraestructura de las glándulas para poder describirlas en diversas especies de cestodes que no han sido estudiados anteriormente. En base a la información obtenida se discutirán los tipos morfológicos existentes. 18 Materiales y Métodos Las especies estudiadas en este capítulo son: Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea), Grillotia carvajalregorum (Trypanorhycha), Monticellia magna (Onchoproteocephalidea), Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea), Proteocephalus pimelodi (Onchoproteocephalidea) y Acanthobothrium marplatensis (Onchoproteocephalidea), A. zapterycum (Onchoproteocephalidea), Calliobothrium australis (Tetraphyllidea), Para describir las glándulas en C. cristinae (Bothriocephalidea) se siguió la terminología de Poddubnaya (2007), para G. carvajalregorum (Trypanorhyncha) a Davydov y Biserova (1985), para O. schmittii (Phyllobothriidea) a Ivanov (2008) y con las otras especies no se siguió ninguna terminología en particular. Los ejemplares fueron estudiados al MET, MEB y se realizaron distintas técnicas histológicas (azul Alcian, azul Coomassie, azul de Toluidina, H&E, negro sudán, PAS, Tricrómico de Masson), las cuales se detallan en Materiales y Métodos generales. Resultados Se encontraron glándulas en el escólex de botriocefálidos (C. cristinae), oncoproteocefálidos continentales (M. magna y P. pimelodi), filobótridos (O. schmittii), y tripanorrincos (G. carvajalregorum) cuya morfología e histoquímica se describe a continuación. Si bien las mismas técnicas y protocolos fueron aplicados a ejemplares de A. marplatensis, A. zapterycum (ambos Onchoproteocephalidea marinos) y C. australis (Tetraphyllidea), no se observaron elementos glandulares en estas especies. Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) Glándula tipo I (tumulogénicas) (Figuras 1.1 D-E, 1.2, 1.3 A-B) Al MEB se observa que las glándulas tumulogénicas se distribuyen en toda la superficie del escólex, siendo más abundantes entre al ápice y la apertura de las botrias. Al micrsocpio óptico (MO), los tumuli (véase mas abajo) no fueron observados en la superficie externa del escólex, posiblemente esto se deba a un artefacto de la técnica. Las zonas del escólex que coinciden con la ubicación de éstas glándulas se colorean PAS positivo, lo que indica que su secreción es un glicoconjugado neutro, posiblemente un mucopolisacárido o mucina. (Figura 1.1 D). Sin embargo, no se puede asegurar fehacientemente que la coloración corresponda a la glándula tipo I. 19 A nivel ultraestructural, los cuerpos celulares de la glándula forman procesos citoplasmáticos largos y delgados que contienen numerosos gránulos secretores, los cuales son transportados intracelularmente. Los procesos citoplasmáticos, al atravesar la membrana basal del tegumento, entran en contacto con el citoplasma distal del tegumento. Cuando sucede esta unión, la membrana basal suele plegarse levemente hacia el citoplasma distal formando una invaginación. Dentro de la invaginación se ubican las miofibrillas musculares y la porción final de un proceso citoplasmático glandular. El conjunto de las miofibrillas, la porción final del citoplasma glandular y la invaginación de la membrana basal forman un "pedúnculo glandular" (glandular stalk) (Figura 1.3 B). La concentración de gránulos secretorios es empujada hacia la superficie del tegumento posiblemente ayudada por las miofibrillas que se encuentran en la periferia de la porción final de la glándula. La zona terminal de la glándula se denomina tumulus (pl. tumuli). Se localiza en la superficie externa del tegumento y está compuesto por el citoplasma del tegumento con gránulos secretorios (Figura 1.3 A). Al desprenderse esta estructura del tegumento se libera su secreción y como se pierde parte del citoplasma celular, se considera que el mecanismo de secreción es de tipo apocrino. El tamaño de los gránulos secretorios es de 152–241 (198 ± 22; 26) nm de diámetro. No se observaron núcleos asociados a los procesos glandulares. Glándula tipo II (Figuras 1.1 B, C, E, 1.3 C-E) Las glándulas tipo 2 se ubican profundo en el parénquima del escólex. En corte transversal observado al MO se observa como estas células se organizan en dos arcos que se originan en el esfínter muscular de las botrias. Ambos arcos glandulares hacen contacto entre sí, al verlos unidos parecen formar una cruz de células glandulares. Dichas células son PAS positivas, lo cual indica que su secreción es un glicoconjugado neutro, posiblemente un mucopolisacárido o mucina (Figura 1.1 C). A nivel ultraestructural, los cuerpos celulares de la glándula se encuentran inmersos en el parénquima donde se pueden observar sus núcleos 2.569–3.918 (3.248 ± 675; 3) nm de diámetro. Los núcleos son periféricos y tienen escaso contacto con el citoplasma secretor. En el parénquima, las células glandulares desarrollan numerosas extensiones citoplasmáticas que se llenan con gránulos secretorios grandes, algo irregulares, de 309–608 (484 ± 88; 14) nm de diámetro. Los gránulos pueden presentar distintos grados de electro-densidad y son trasportados hacia el tegumento por conductos revestidos por microtúbulos (Figura 1.3 C, E). La porción terminal del conducto parece interrumpir el tegumento y su membrana plasmática. No se observaron anillos electro-densos que fijen la porción terminal del conducto con el 20 tegumento. El mecanismo de secreción de estas glándulas es de tipo merocrino. Figura 1.1. Glándulas del escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) observadas al microscopio óptico. A. Escólex, vista general. Línea negra índica la zona del corte de la figura B. B. Corte histológico transversal (coloración tricrómico de Masson modificado), en azul presumiblemente glándula tipo 2. C. Corte sagital, presumiblementeglándula tipo 2; coloración PAS. C. Corte histológico sagital (coloración PAS), presumiblemente glándula tipo 1. D. Corte histólogico sagital (PAS), detalle de los tejidos. Flechas: Presumiblemente tallo glandular del tumuli. G. Glándula tipo 2. M. Músculo. 21 Figura 1.2. Microfotografías al microscopio electrónico de barrido (MEB) de los tumuli en la superficie apical del escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea). A. Tumuli. B. Detalle del tumuli siendo secretado. C. Tumulus. 22 Figura 1.3. Glándulas tipo I y II en el escólex de Clestobothrium cristinae (Bothriocephalidea) al microscopio electrónico de transmisión (MET). A-B. Glándula tipo I en la superficie proximal de la botria. A. Tumuli. B. Pedúnculo glandular. C-E. Glándula tipo II en la superficie distal de la botria. C. Conducto secretor atravesando el tegumento. D. Acumulo de gránulos en el parénquima. E. Detalle de conducto secretor donde se observan los microtúbulos. Flecha blanca: Microtúbulos. Cd: Citoplasma distal del tegumento; Gs: Gránulos secretorios; M: Músculo; Pg: Pedúnculo glandular; T: Tumulus; Tf: Tumulus en formación. 23 Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) Glándulas frontales (Figuras 1.4, 1.5 A-Cbis) Estas glándulas están formadas por células glandulares piriformes u ovales que se encuentran diseminadas en el parénquima de la botrias y otras células que forman dos acinos laterales desde la parte posterior de la botria hasta la parte anterior de la pars bulbosa. Ambos acinos miden 184–328 (248 ± 59; 6) µm de longitud. Todas las células de las glándulas son PAS positivas, lo que indica que su secreción es un glicoconjugado neutro, posiblemente un mucopolisacárido o mucina (Figura 1.4). La ultraestructura de las células glandulares muestra un gran núcleo eucromático y el citoplasma con varios gránulos secretores electro-densos cuyo diámetro mide 227–487 (330 ± 66; 30) nm (Figura 1.5 A). Los gránulos son transportados a través de conductos revestidos por microtúbulos hacia los surcos de la botria y el ápex (Figura 1.5B, C, Cbis). En la zona de la desembocadura de la glándula, debajo del surco botrial, se observa una agrupación de miofibrillas muy conspicua (Figura 1.5 Cbis). No se observaron conductos asociados al tegumento en la zona de la pars vaginalis. El mecanismo de secreción es de tipo merocrino. Glándula tentacular (Figura 1.5 D) Dentro de cada orificio tentacular, se observa una pequeña invaginación del tegumento interno, la cual mide 3,96–4,11 (4,03 ± 0,11; 2) µm de largo y 0,66–1,13 (0,9 ± 0,33; 2) µm de ancho (Figura 1.5 D). Esta invaginación tiene muchas vesículas electro-lúcidas internas de 62–204 (120 ± 31; 33) nm de diámetro, y se observan pequeños gránulos electro-densos de 41–46 (43 ± 2; 8) nm de diámetro. No se registraron núcleos u otras estructuras celulares. 24 Figura 1.4. Fotografías de las glándulas frontales del escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) coloreadas con PAS y observadas al microscopio óptico. A. Vista de botrias y pedunculus scolises con células PAS positivas. B. Vista de los acinos en otro ejemplar. Detalle: acinos en la zona media del pedunculus scolices. C. Detalle de los acinos debajo de las botrias. 25 Figura 1.5. Glándulas del escólex de Grillotia carvajalregorum (Trypanorhyncha) observadas al microscopio electrónico de transmisión. A-C. Glándula frontal. A. Célula glandular. B. Desembocadura en el ápex. C. Desembocadura en la hendidura botrial. C bis. Continuación de la figura C, desembocadura de la glándula con músculo asociado. D. Glándula tentacular. *: punto de referencia entre la figura C y la C bis. Punta de flecha: Receptores sensoriales. Gs: Gránulos secretorios; Sb: Surco botrial; Tg: Glándula tentacular. Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea) Órgano glandulomuscular botridial (OGM) (Figuras 1.6, 1.7, 1.8) El órgano glandulomuscular está inmerso en el parénquima de cada botridio, localizado en una posición central (Figuras 1.6 y 1.8). Está formado 26 por un sincicio glandular reticular, el cual se expande entre los músculos radiales del botridio. Los músculos radiales parecen tener un contacto íntimo con el sincicio glandular y lo atraviesan en diferentes sitios. No se observaron filamentos de actina y miosina dentro del citoplasma glandular. Las prolongaciones citoplasmáticas proximales del sincicio tienen un núcleo eucromático, donde el nucléolo es a veces evidente. El citoplasma contiene numerosos ribosomas libres, gránulos secretores electro-densos de 249–761 (467 ± 158; 10) nm de diámetro, y mitocondrias. Cerca del tegumento, las prolongaciones citoplasmáticas del sincicio acumulan gránulos secretores, los cuales se transfieren intra-sincitialmente. La secreción parece ser expulsada por un mecanismo apocrino (Figura 1.7 C). Las células glandulares son continuas con el tegumento. Figura 1.6. Ubicación del órgano glandulomuscular botridial en el escólex de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). A. Vista general en MEB. B. Corte longitudinal de un botridio (azul de toluidina) observado al Microscopio óptico. A: ápex; B: Botridio; Ogm: Órgano glandulomuscular botridial; P: Parénquima del escólex propiamente dicho; Sdb: Superficie distal del botridio; Spb: Superficie proximal del botridio; Va: Ventosa apical. 27 Figura 1.7. Órgano glandulomuscular botridial (OGM) de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). A. Secreción en el medio de la superficie distal del botridio, al MEB. B. Fotografia al MO del OGM, Coomassie positivo. C-D. Fotografias al microscopio electrónico de transmisión (MET). C. Detalle del tegumento de la OGM con gránulos secretorios. D. Detalle de una fina prolongación citoplasmática que une el tegumento con el sincicio glandular. E. Detalle del OGM cerca de la membrana limitante del botridio. F. Órgano glandulomuscular botridial. Punta de flecha: prolongación citoplasmática; Cd: Citoplasma distal del tegumento; Gs: Gránulos secretorios; M: Músculo; Ml: Membrana limitante; Mr: Músculo radial; N: Núcleo; Nu: Nucléolo. El sincicio se tiñe intensamente con azul brillante de Coomassie (Figura 1.7 B) y ligeramente con ácido periódico de Schiff, lo que indicaría que la secreción es glicoproteica. La morfología de esta glándula se resume en la Figura1.8. 28 Figura 1.8. Esquema del órgano glandulomuscular botridial del escólex de Orygmatobothrium schmittii (Phyllobothriidea). De: Ducto excretor; Mr: Musculatura radial; P: Parénquima del escólex propiamente dicho; Pb: Parénquima del botridio; T: Tegumento; Sg: Sincicio glandular. Monticellia magna (Onchoproteocephalidea) Se observaron células glandulares ubicadas en el ápex, y en el escólex propiamente dicho alrededor de las ventosas. Los dos tipos celulares diferenciados al MET no pudieron ser diferenciados por medio de coloraciones histoquímicas. Sin embargo utilizando tricrómico de Masson modificado, se colorearon células del ápice del escólex, aunque no se puede asegurar a cual tipo celular pertenece. El tegumento, las células alrededor de las ventosas y en el ápex del escólex resultaron PAS positivas. Posiblemente los dos tipos glandulares que se describen al MET liberen distintas clases de glicoconjugados neutros. A nivel ultraestructural se diferencian dos tipos celulares, ambos ubicados en el parénquima del escólex propiamente dicho. Glándula tipo 1 (Figuras 1.9, 1.10 A-C, E) Glándula formada por un conjunto de células con múltiples procesos citoplasmáticos que se unen al tegumento. Los núcleos se ubican en el 29 parénquima, siendo más abundantes en las zonas más profundas y miden 3,22–4,57 (3,67 ± 0,62; 4) µm de diámetro. El citoplasma glandular posee mitocondrias y gránulos secretorios, los cuales son transportados intracelularmente. Los gránulos secretorios son redondos,
Compartir