Hirudo medicinalis are practic o relație simbiotică obligatorie cu bacteria Aeromonas hydrophila (Pseudomonas hirudinis), singura specie de bacterii care trăiește în intestinul său (Zirpolo 1923; Lehmensick 1941, 1942; Hornbostel 1941; Büsing 1951; Büsing et al. 1953; Wilde 1976; Jennings și Van der Lande 1967; Whitlock, O'Hare, Saunders și Morrow 1983).
Aeromonas hydrophila este importantă în viața lui H. medicinalis în mai multe privințe.
1. Secretează un antibiotic care împiedică creșterea altor bacterii și, în consecință, întârzie putrefacția, astfel încât sângele poate fi păstrat pentru perioade îndelungate.
2. Contribuie enzime care joacă un rol major în digestie (vezi Digestia).
3. Un rol presupus pentru bacterie și, probabil, contextul în care endosimbioza a evoluat în lipitori în primul rând, este producția de vitamine deficiente.
Aceasta este o inferență bazată pe observația că animalele care trăiesc exclusiv din sânge au, în general, diete deficitare în anumiți compuși necesari, inclusiv unele dintre vitaminele complexului B (Wigglesworth 1965; Buchner 1965). În mod inexplicabil, nu a fost niciodată investigată deficiența dietetică a lipitorilor care se hrănesc exclusiv cu sânge.
13.6 Fiziologia digestivă
Digestia și absorbția au loc preponderent în intestinul lipitorilor, alimentele fiind trecute în această regiune puțin la un moment dat de la cultură (Büsing și colab. 1953; Jennings și Van Der Lande 1972; Garcia-Mas 1979ff; Redondo, Garcia -Mas, Beltram și Moreno 1980; vezi și Gooding 1972). În majoritatea speciilor, cultura funcționează în primul rând, dacă nu exclusiv, pentru depozitarea alimentelor, dar o anumită digestie are loc în cultura anumitor specii, în principal, care nu dau sânge, de ex. Glossiphonia complanata și Helobdella stagnalis (Damas 1962; Jennings și Van Der Lande 1967).
În cea mai mare parte, secrețiile din celulele salivare din lipitori nu sunt implicate în digestie. Cu toate acestea, semnificația funcțională a unei proteaze salivare în Hirudo medicinalis (Damas 1974a) și a esterezelor în Poecilobdella granulosa (Dev și Mishra 1971, 1972a; Mishra și Dev 1976) și în Piscicola geometra (Van der Lande 1968) rămâne nesoluționată. Este interesant faptul că ultima specie pare a fi excepțională printre lipitorile hematofage studiați în unele digestii, ajutat probabil de endopeptidase (adică esterasele), are loc în cultură (Jennings și Van Der Lande 1967).
Rata de digestie este, de asemenea, foarte rapidă la această specie, de ordinul a zece zile. Stomacul mijlociu al lipitorilor se caracterizează printr-o mare reducere sau absență a carbohidrazei endogene, a lipazelor și a majorității proteazelor, în special a endopeptidaselor (Diwany 1925; Graetz și Autrum 1935; Damas 1962; Jennings și Van Der Lande 1967; Van Der Lande 1968, 1972). O excepție importantă este prezența exopeptidazelor endogene (arilamidazele) care s-au găsit în intestinul tuturor lipitorilor studiate.
Exopeptidazele sunt deosebit de proeminente în specia Erpobdella octoculata care nu este supusă sângelui. La această specie aceste enzime sunt distribuite uniform prin intestin, fiind deosebit de bogate la marginea periei (microvilli) a endoteliului. Prezența exopeptidelor este independentă de starea de nutriție și de vârstă a animalului. Activitatea este optimă la aproximativ pH 7,0, dar este încă prezentă în intervalul pH 5,0-8,7, ceea ce sugerează posibilitatea ca cel puțin două enzime să fie prezente. Cel puțin unul dintre acestea este activat de ioni metalici (CO2 + și Mn2 +), o caracteristică a multor exopeptidase. Asemănarea în activitatea exopeptidazelor dintr-o diversitate de specii de lipitori sugerează că lipitorile au toate aceleași enzime exopeptice endogene. Cu toate acestea, gradul de activitate variază oarecum în funcție de specii, fiind mai slab la Haemopis sanguisuga și Pontobdella muricata în rândul speciilor studiate.
Deficiența enzimelor digestive (cu excepția exopeptidelor) în lipitori este compensată de enzimele produse de microflora endosimbiotică (vezi Endosimbioza) (Tabelul 13.5). În Hirudo medicinalis, aceste enzime suplimentare sunt produse de bacteria Aeromonas hydrophila discutată în altă parte (Lehmensick 1941, 1942; Hornbostel 1941; Büsing 1951; Büsing și colab. 1953). Testele pe culturi izolate ale acestei bacterii, atât din cultură cât și din intestin, demonstrează prezența unor proteaze, lipaze și amilaze puternice versatile (Jennings și Van Der Lande, 1967). Lecitinaza este o lipază posibil implicată în descompunerea peretelui eritrocitelor. Haemolysin este o protează responsabilă probabil de degradarea hemoglobinei (Büsing și colab. 1953; Jennings și Van Der Lande 1967).
Proprietățile hemolitice ale bacteriei sunt inhibate in vivo atunci când intestinul Hirudo medicinalis este expus la antibioticul cloromicetină. Interesant este că aceeași specie de Aeromonas joacă un rol similar în intestinul liliacului vampir, Desmodus rotundus (Müller, Pinus și Schmidt 1980; Pinus și Müller 1980). Alte specii de lipitori hematofagice depind de asemenea de bacteriile endosimbiotice pentru digestie, dar speciile bacteriene implicate și contribuția sa relativă la digestie este specifică (Tabelul 13.6).
Lipitorile hematofage nu adăpostesc decât o singură specie de bacterie endosimbiotică. Lipitorile non-hematofage, precum Erpobdella octoculata, conțin mai mult de un simbolion bacterian, dar dependența de ele poate fi considerabilă. Multe specii de lipitori se hrănesc mai mult sau mai puțin exclusiv cu sânge vertebrat, o sursă de hrană extrem de eficientă, în special proteine (Andrew 1965). Sursa de energie primară este hemoglobina care cuprinde aproximativ 33 la sută din greutatea eritrocitelor și este principala (> 95%) proteină eritrocită. Eritrocitele însumează aproximativ 45% din greutatea sângelui vertebrat. Compoziția chimică a sângelui este similară pentru clasele de vertebrate respective, dar există diferențe marcate în densitatea eritrocitelor, fiind mult mai numeroasă la mamifere (5.000.000-7.000.000 cm3) decât la alte clase (de exemplu, 400.000-500.000 la broaște și țestoase). Astfel, nu este un accident biologic faptul că mamiferele bogate în eritrocite joacă un rol disproporționat în biologia de hrănire a lipitorilor care beau sânge.
O tendință filogenetică spre parazitismul mamiferelor este deosebit de izbitoare în Glossophoniidae. La intrarea în cultură, sângele ingerat pierde rapid apă în exces și electroliți cu ajutorul nefridiei (Vezi sistemul Excretory). Chiar în timp ce alimentați încă picături de lichid se pot observa ieșiri din nefridiopore. Cea mai mare parte din lichidul ingerat este îndepărtat în câteva zile (Fig. 2.22). Este interesant faptul că mușcarea dureroasă a lipiciului de pământ „înțepător” Haemadipsa ornata (Moore 1927) se datorează unor astfel de lichide excretate din prima pereche de nefridie pe suptul oral în timpul hrănirii. După îndepărtarea excesului de fluid, sângele condensat este păstrat în cultură pentru o perioadă lungă, în funcție de vârsta lipsei și de temperatura ambiantă. Sângele stocat suferă modificări extrem de lente, implicând defalcarea treptată (hemoliza) eritrocitelor. În unele cazuri, integritatea structurală a eritrocitelor poate persista până la 18 luni (Pütter 1907).
Hemoliza sângelui depozitat în cultura lui Hirudo medicinalis a fost urmată de mai mulți investigatori (Stirling și Brito 1882; Korzhuev și Khudailberdiev 1937a, b; Despotov 1966; Gondko, Leyko, Majdak și Wojtas 1979; vezi și Van Der Lande 1983). În primele zile, sângele suferă mici schimbări, dar după aproximativ două săptămâni, sângele, încă intact din punct de vedere structural, ia o culoare roșie-închisă foarte profundă și o consistență asemănătoare cu jeleu. Culoarea se datorează reducerii oxihemoglobinei la hemoglobinei reduse, iar consistența provine aparent din amestecul cu mucus.
Membranele celulare ale eritrocitelor încep să dizolve o hemoglobină eliberată în soluție. Cu timpul, numeroase cristale, probabil hemoglobină, dar posibil artefactuale, devin evidente în cultură. După câteva luni, majoritatea eritrocitelor sunt hemolitizate în acest mod. Interesant este că leucocitele și nucleele eritrocitelor (când sunt prezente) rezistă foarte mult la digestie. În Hirudo medicinalis, hemoliza eritrocitelor se datorează proprietăților hemolitice ale bacteriei endosimbiotice Aeromonas hydrophila discutată în altă parte (Büsing și colab. 1953; Jennings și Van Der Lande 1967). Mecanismul exact nu este cunoscut, dar, la fel ca în cazul altor bacterii hemolitice, hemoliza este probabil efectuată de o enzimă, hemolizina.
Aceeași bacterie este probabil responsabilă și pentru conservarea prelungită a eritrocitelor intacte prin secretarea unui antibiotic care împiedică putrefacția sângelui depozitat de către alte microorganisme. Conținutul de recoltă cu hemoglobina sa aflat acum în soluție trece încet câte puțin în intestin unde are loc proteoliza hemoglobinei. Trecerea în intestin este reglată de un mușchi sfincterian la XIX / XX care demarcează cultura din intestin. Proteoliza. Toate hemoglobinele vertebrate, cu excepția hemoglobinelor monomerice ale lamprey-urilor, sunt tetramere cu greutate moleculară de aproximativ 64 000. La om, tetramerele constau din două lanțuri identice și două lanțuri identice; fiecare lanț este asociat cu o porfirină care leagă oxigenul, haem, care conține o singură moleculă de fier și este foarte asemănătoare cu mioglobina din reziduurile de aminoacizi și lanțul de 146 de reziduuri.
La vertebrele inferioare sunt prezente lanțuri similare în tetramer. Fecalele lipitorilor care beau sânge sunt aproape pure (Fukui 1926; Windsor 1970) din care putem trage concluzia că hemoglobina este împărțită în globină, care este digerată în totalitate, iar hemoragia este în cea mai mare parte eliminată. Piepturile lipsește endopeptidazele, astfel încât mecanismul proteolizei globinei nu poate urma același curs ca și în cazul altor animale unde endopeptidasele și exopeptidasele acționează în ordine.
În lipitori exopeptidazele endogene (ajutate de proteaze din bacteriile endosimbiotice) (Tabelul 13.5) din intestin degradează încet lanțurile globinei prin eliminarea progresivă și terminală a celor 300 de aminoacizi. În ce măsură degradarea hemoglobinei este intracelulară sau extracelulară nu este clar. Că are loc o digestie intracelulară este susținută de prezența ocazională a compușilor hemofonici în endoteliul intestinal (Bradbury 1959; Jennings și Van Der Lande 1967). Digestia extracelulară este, de asemenea, probabilă, deoarece unele activități exopeptidazice sunt prezente ocazional în lumenul intestinal. O anumită activitate poate apărea, de asemenea, în conținutul culturii, dar din moment ce endoteliul culturii îi lipsește exopeptidele, sursa enzimei este probabil intestinală.
