A gill-ty parasite: Biological aspects of the ectoparasitic flatworm Sparicotyle chrysophrii Van Beneden & Hesse, 1863 and its interactions with gilthead seabream (Sparus aurata Linnaeus, 1758)

Abstract

Es va desenvolupar un model d'infecció experimental in vivo en un sistema de recirculació (RAS), on orades infectades pel platelmint ectoparàsit Sparicotyle chrysophrii es trobaven en tancs amb col·lectors d'ous per a aquest paràsit. Aquest enfocament va permetre monitoritzar la progressió de la malaltia i ajustar la pressió infectiva del paràsit. El model va replicar amb èxit els signes clínics observats en orades infectades en gàbies marines i, després de 40 dies d'exposició, es van detectar reduccions en hemoglobina i hematòcrit, juntament amb un augment de granulòcits eosinòfils, cèl·lules caliciformes en els filaments branquials i centres melanomacrofàgics esplènics. A més, es va observar una disminució en el greix hepàtic. Aquest model va facilitar l'estudi detallat del proteoma plasmàtic en orades infectades, revelant importants alteracions en proteïnes associades a la coagulació, funció eritrocitària i immunitat. Van destacar, per exemple, canvis en el component 3 del complement i en apolipoproteïnes, la concentració de les quals va disminuir amb la càrrega parasitària. Aquests descobriments van ser validats mitjançant mesuraments addicionals d'hemoglobina, colesterol i activitat del complement. En conjunt, l'estudi aporta dades clau sobre els canvis fisiològics provocats per S. chrysophrii, suggerint possibles dianes terapèutiques i enfocaments per millorar la gestió aqüícola. En paral·lel, es va estudiar la resposta mucosal de les orades davant la infecció, on es van observar alteracions en la diferenciació de cèl·lules caliciformes i en l'expressió de mucines en els filaments branquials. Aquestes mucines, amb patrons complexos de glicosilació, van mostrar una hiperplàsia en cèl·lules caliciformes que sembla facilitar l'expulsió del paràsit i millorar l'intercanvi gasós, contribuint així a mitigar la hipòxia induïda per la infecció. Profunditzant en els mecanismes immunitaris, es va analitzar la resposta de les immunoglobulines en orades amb infeccions primària i secundària. Les orades reexposades al paràsit van mostrar una càrrega parasitària menor i un creixement superior respecte a les infectades per primera vegada, suggerint una resposta immune adaptativa i una protecció parcial. A més, les reexposades van presentar nivells elevats d'IgM i IgT en moc branquial i una major quantitat de cèl·lules expressant aquestes immunoglobulines en melsa i brànquies, que es van unir a estructures antigèniques del paràsit. D'altra banda, l'estudi també va confirmar la naturalesa hematòfaga de S. chrysophrii en detectar grups hemo i dipòsits d'hematina en les cèl·lules digestives del paràsit, a més d'observar una reducció significativa en els nivells de ferro lliure en els hostes infectats. Aquest descobriment es va complementar amb l'estimació del volum mitjà de sang ingerida per cada paràsit adult, representant així la primera evidència d'hematofàgia en S. chrysophrii. Finalment, es van analitzar proteïnes relacionades amb la biogènesi de vesícules extracel·lulars (VE) a partir de dades genòmiques del paràsit, les quals van ser observades en el tegument sincitial de la regió haptoral i caracteritzades mitjançant proteòmica. Es van identificar proteïnes amb funcions variades, com hidrolases peptídiques, transport de ferro i detoxificació d'hemo. Entre aquestes proteïnes destacades hi ha la calpaïna, ferritina, proteïna 14-3-3, heat shock 70 i superòxid dismutasa, totes elles proposades com a possibles dianes terapèutiques o profilàctiques. Aquest estudi pioner sobre la secreció de VE per un platelmint ectoparàsit obre noves oportunitats per al desenvolupament de fàrmacs i vacunes contra aquest patogen.

Se desarrolló un modelo de infección experimental in vivo en un sistema de recirculación (RAS), donde doradas infectadas por el platelminto ectoparásito Sparicotyle chrysophrii se ubicaban en tanques con colectores de huevos para este parásito. Este enfoque permitió monitorizar la progresión de la enfermedad y ajustar la presión infectiva del parásito. El modelo replicó exitosamente los signos clínicos observados en doradas infectadas en jaulas marinas, y, tras 40 días de exposición, se detectaron reducciones en hemoglobina y hematocrito, junto con un aumento de granulocitos eosinófilos, células caliciformes en los filamentos branquiales y centros melanomacrofágicos esplénicos. Además, se observó una disminución en la grasa hepática. Este modelo facilitó el estudio detallado del proteoma plasmático en doradas infectadas, revelando importantes alteraciones en proteínas asociadas a la coagulación, función eritrocitaria e inmunidad. Destacaron, por ejemplo, cambios en el componente 3 del complemento y en apolipoproteínas, cuya concentración disminuyó con la carga parasitaria. Estos hallazgos fueron validados mediante mediciones adicionales de hemoglobina, colesterol y actividad del complemento. En conjunto, el estudio aporta datos clave sobre los cambios fisiológicos provocados por S. chrysophrii, sugiriendo posibles dianas terapéuticas y enfoques para mejorar la gestión acuícola. En paralelo, se estudió la respuesta mucosal de las doradas ante la infección, donde se observaron alteraciones en la diferenciación de células caliciformes y en la expresión de mucinas en los filamentos branquiales. Estas mucinas, con patrones complejos de glicosilación, presentaron una hiperplasia en células caliciformes que parece facilitar la expulsión del parásito y mejorar el intercambio gaseoso, contribuyendo así a mitigar la hipoxia inducida por la infección. Profundizando en los mecanismos inmunitarios, se analizó la respuesta de las inmunoglobulinas en doradas con infecciones primaria y secundaria. Las doradas reexpuestas al parásito mostraron una carga parasitaria menor y un crecimiento superior respecto a las infectadas por primera vez, sugiriendo una respuesta inmune adaptativa y una protección parcial. Además, las reexpuestas presentaron niveles elevados de IgM e IgT en mucus branquial y mayor cantidad de células expresando estas inmunoglobulinas en bazo y branquias, que se unieron a estructuras antigénicas del parásito. Por otro lado, El estudio también confirmó la naturaleza hematófaga de S. chrysophrii al detectar grupos hemo y depósitos de hematina en las células digestivas del parásito, además de observar una reducción significativa en los niveles de hierro libre en los hospedadores infectados. Este hallazgo se complementó con la estimación del volumen promedio de sangre ingerido por cada parásito adulto, representando así la primera evidencia de hematofagia en S. chrysophrii. Finalmente, se analizaron proteínas relacionadas con la biogénesis de vesículas extracelulares (VE) a partir de datos genómicos del parásito, las cuales fueron observadas en el tegumento sincitial de la región haptoral y caracterizadas mediante proteómica. Se identificaron proteínas con funciones variadas, como hidrolasas peptídicas, transporte de hierro y detoxificación de hemo. Entre estas proteínas destacadas están la calpaína, ferritina, proteína 14-3-3, heat shock 70 y superóxido dismutasa, todas ellas propuestas como posibles dianas terapéuticas o profilácticas. Este estudio pionero sobre la secreción de VE por un platelminto ectoparásito abre nuevas oportunidades para el desarrollo de fármacos y vacunas contra este patógeno.

An experimental in vivo infection model was developed in a recirculating aquaculture system (RAS), where gilthead sea bream (Sparus aurata) infected by the ectoparasitic flatworm Sparicotyle chrysophrii were placed in tanks equipped with egg collectors for this parasite. This approach allowed for monitoring the disease progression and adjusting the infective pressure of the parasite. The model successfully replicated the clinical signs observed in gilthead sea bream infected in marine cages, and after 40 days of exposure, reductions in haemoglobin and haematocrit were detected, along with an increase in eosinophilic granulocytes, goblet cells in the gill filaments, and splenic melanomacrophage centres. Additionally, a decrease in hepatic fat was observed. This model enabled a detailed study of the plasma proteome in infected sea bream, revealing significant alterations in proteins associated with coagulation, erythrocyte function, and immunity. Notable changes included alterations in complement component 3 and apolipoproteins, with a decrease in their concentration correlating with parasite load. These findings were validated through additional measurements of haemoglobin, cholesterol, and complement activity. Altogether, the study provides key insights into the physiological changes induced by S. chrysophrii, suggesting possible therapeutic targets and approaches to enhance aquaculture management. In parallel, the mucosal response of the gilthead sea bream to infection was studied, revealing alterations in goblet cell differentiation and mucin expression in the gill filaments. These mucins, with complex glycosylation patterns, showed hyperplasia in goblet cells, which appears to facilitate parasite expulsion and improve gas exchange, thus helping to mitigate the hypoxia induced by infection. Exploring immune mechanisms further, the immunoglobulin response in gilthead sea bream with primary and secondary infections was analysed. Sea bream re-exposed to the parasite showed a lower parasite load and superior growth compared to those infected for the first time, suggesting an adaptive immune response and partial protection. Additionally, re-exposed fish showed elevated levels of IgM and IgT in branchial mucus and an increased number of cells expressing these immunoglobulins in the spleen and gills, which bound to antigenic structures of the parasite. On the other hand, the study also confirmed the haematophagous nature of S. chrysophrii by detecting haem groups and haematin deposits in the parasite's digestive cells, along with a significant reduction in free iron levels in infected hosts. This finding was complemented by an estimate of the average volume of blood ingested by each adult parasite, representing the first evidence of haematophagy in S. chrysophrii. Finally, proteins associated with the biogenesis of extracellular vesicles (EV) were analysed based on genomic data from the parasite, which were observed in the syncytial tegument of the haptoral region and characterised through proteomics. Proteins with diverse functions were identified, including peptidase hydrolases, iron transport, and haem detoxification. Among these notable proteins were calpain, ferritin, 14-3-3 protein, heat shock 70, and superoxide dismutase, all proposed as potential therapeutic or prophylactic targets. This pioneering study on EV secretion by an ectoparasitic flatworm opens new avenues for the development of drugs and vaccines against this pathogen.