Detecting coinfection dynamics of apicomplexans

Abstract

Isännän ja loisen välinen vuorovaikutus on harvoin kahdenkeskeistä, vaan pikemminkin useiden samanaikaisten loisten vuorovaikutusta. Loiset vaikuttavat toistensa kelpoisuuteen kilpailemalla keskenään tai helpottamalla isännän sisäistä infektiota, mikä vaikuttaa isännän infektion vakavuuteen. Loisten esiintyvyys ja infektiokuormitus voivat muuttua ympäristötekijöiden ja isäntäorganismien yleisen esiintyvyyden mukaan. Tutkin itiöeläinsymbionttien, Polyrhabdina pygospionis, Selenidium pygospionis ja Rhytidocystis sp. -lajien vuorovaikutusdynamiikkaa ja tarkastelin kilpailevatko ne vai helpottavatko ne toisiaan yhteisinfektoidessaan. Aineisto oli aiemmin kerätyistä yksittäisistä Pygospio elegans -isäntämadon kokonais-DNA-uutteista, jotka oli kerätty neljästä eri populaatioista viitenä eri kuukautena. P. pygospionis infektiokuormituksen havaitsemiseksi ja määrittämiseksi käytin ddPCR-menetelmää, joka on luotettava työkalu kryptisten symbionttien havaitsemisessa. Kerätyt tiedot analysoitiin yhdessä muiden yhteisinfektoivienlajien tietojen kanssa lajijakaumamallinnuksella, jonka avulla päätellään lajienväliset negatiiviset ja positiiviset suhteet alueellisella ja ajallisella gradientilla huomioiden ympäristötekijät. Tulokset osoittivat, että isäntäpopulaatio oli tärkein muuttuja Rhytidocystis sp. ja S. pygospionis -lajien esiintymisessä, mutta P. pygospionis -lajin osalta isäntäyksilöt olivat tärkeimpiä. Ympäristömuuttujista C/N suhde oli Rhytidocystis sp. ja P. pygospionis -lajien esiintymisessä suurin, ja sedimentin vesipitoisuus oli S. pygospionis ja Rhytidocystis sp. esiintymisessä suurin. Isännän pituus oli myös tärkeä S. pygospionis ja P. pygospionis -lajien osalta. Kun Rhytidocystis sp. tai S. pygospionis havaittiin populaatiossa, oli todennäköistä muiden loislajien esiintyvän, mutta niiden yhteisesiintyminen oli ajallisesti negatiivista; samana kuukautena vain toinen esiintyy. Ajoitus ei näyttänyt vaikuttavan P. pygospionis -lajiin. Nämä tulokset osoittivat, että itiöeläimien yhteisinfektio seuraa ajallista dynamiikkaa, loisien infektoivan peräkkäin pitkin vuodenaikaa.

Interaction between host and parasite is rarely one-on-one interaction but rather involves multiple coinfecting parasites. Parasites affect each other’s fitness by competing or facilitating within-host, affecting the severity of host’s infection. Parasite prevalence and infection load can change depending on environmental factors and overall host organisms’ prevalence. I investigated interaction dynamics of the apicomplexan symbionts, Polyrhabdina pygospionis, Selenidium pygospionis and Rhytidocystis sp., and evaluated whether they potentially compete or facilitate each other while coinfecting. The data were from total DNA extracts of previously collected individual host worms, Pygospio elegans sampled from four different populations in five different months. For detecting and quantifying the infection loads of P. pygospionis I used ddPCR, which is a reliable tool for detecting cryptic symbionts. The collected data were analysed together with available data from other coinfecting species using joint species distribution modelling with which it was possible to infer the negative and positive associations among species across spatial and temporal gradients while accounting for environmental factors. Results showed that host population was the most important variable explaining the occurrence of Rhytidocystis sp. and S. pygospionis but for P. pygospionis the host individuals were more important. Out of the environmental variables, C/N ratio had the most variance in occurrence for Rhytidocystis sp. and P. pygospionis, and sediment water content for S. pygospionis and Rhytidocystis sp. Host length was also important factor in occurrence for S. pygospionis and P. pygospionis. When Rhytidocystis sp. or S. pygospionis were detected in a population, it was likely for the other parasite species to be present, but they co-occurred negatively in time; during the same month only one of them is present. The timing did not seem to influence occurrence of P. pygospionis. These results indicate that the coinfection of apicomplexans follows a temporal dynamic, with parasites infecting sequentially along the season.