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The killer fungus: the nightmare of the amphibians

In recent years, the populations of amphibians around the world have suffered a major decline, to the point that many of them disappear completely. Many researchers are running that the loss of these populations is due to several factors: climate change, habitat loss and the presence of a parasitic fungus. In this article will announce the parasite known as killer fungus.

BATRACHOCYTRIUM DENDROBATIDIS 

This is the scientific name given to this fungus. It belongs to the class Chytridiomycetes, which gathers fungus parasites of plants and invertebrates. However, this is the only one of this kind affecting vertebrate organisms. It is related to the disappearance of more than 200 species of amphibians, including the golden toad of Costa Rica.

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One of the latest images that we have of the golden toad (Almirante periglenes). (Photo: Richard K.)

It has a life cycle that consists of two phases: a stationary (sporangium) and one mobile (via zoospores). In the image below we can see an outline of the structure of this type of fungi. The sporangium has some fine extensions known as rhizoids or mycelium rizoidal that allows to anchor itself in the inner skin layer. The zoospore emerges from the sporangium when it matures and presents a single apical flagellum.

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Diagram of the structure of the fungus Bd. (photo: trilobite glassworks)

Batrachocytrium dedrobatidis is a parasite and need a host that provide nutrients. In this case, the fungus feeds on keratin of skin of amphibians. Zoospores arrives to the skin of the host by water and encyst in the areas with greatest amount of keratin. They lose the flagel and become a sporangium. They develop the mycelium and again produce zoospores that emerge into the water. In the event that there are no hosts around, the parasite becomes a saprophyte (feeds on organic matter in decomposition) waiting for the arrival of new amphibians.

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Life cycle of B. dendrobatidis. (Photo: Roseblum)

Why this process results in a disease for amphibians?

CHYTRIDIOMYCOSIS

In amphibians, the skin is one of the most important organs. It develops functions such as hydration, osmoregulation, the thermoregulation and breathing (for example, the lissamphibians breathe only through the skin. Discover them in this article). Fungus feeds on keratin of skin, destroys the upper layers and spread over all body surface, preventing this organ to perform ion exchange. Individuals die from cardiac arrest.

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Image of microscopy of skin of an amphibian stricken with chytridiomycosis. The arrows indicate the sporangia. (Photo: Che Weldon)

The sporangia are attached to keratinized skin areas, which get their nutrients. Approximately between 4 and 6 days after infection, they begin to develop the zoospores (black areas in the interior of the sporangia of the image above).When these spores have matured, are released through a spout that is initially closed. Stopper (bottom image) dissolves shortly before the release of zoospores.

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Image of the surface of the skin of a frog by electronic scanner. The papillae of the sporangium are identified with a triangle. The black arrow indicates a sporangium with the plug dissolved. (Photo: Berger).

This disease affects only adult specimens. Even so, tadpoles are reservoirs of the disease, so they can become infected but do not develop symptoms. The fungus infects the tadpole keratinized areas (normally the areas of the mouth) and when the metamorphosis takes place, the fungus expands to other areas.

GEOGRAPHIC EXPANSION: ARRIVAL TO SPAIN

The fungus is characteristic of South African populations of Xenopus laevis (African Toad of nails, used in research), but spread all over the world through the traffic from infected individuals. The situation is so serious and the world Organization for Animal Health (OiE) has classified chytridiomycosis as a notifiable disease. In addition B. dendrobatidis is included in the list of 100 most invasive exotic species by the IUCN (if you want to know that they are invasive species, please read the following article).

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World regions which have been confirmed positive cases of chytridiomycosis. (Photo: Bd-maps).

Spain was the first European country to suffer an outbreak of chytridiomycosis, particularly in the Parque Natural de Peñalara in Madrid. The common midwife toad (Alytes obstetricans) was the most affected. Positive cases in other Spanish regions, as for example in the Balearic Islands have also been found. There are many investigations underway to solve this problem, like for example of Project Zero of the CSIC General Foundation.

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Positive amphibians to chytridiomycosis in Spain (photo: Bd-maps)

THE CASE OF THE BALEARIC MIDWIFE TOAD

The Balearic midwife Toad  (Alytes muletensis) is endemic to the Balearic Islands. It is classified as a vulnerable species by the IUCN (in this article we talk about this organization and its red list of species). It lives in ponds and ravines of difficult access in the Serra de Tramuntana (Mallorca). Specimens can reach around 4 cm and are nocturnal. Generally, this species was threatened by the destruction of their habitat or predation, but the latest threat facing it is chytridiomycosis.

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Balearic midwife Toad or ferreret (photo: Guillem Gutiérrez).

Researchers found that certain populations experienced a significant decrease in the number of specimens, and they appeared dead without apparent reason. Studies revealed that these deaths were due to the presence of the parasitic fungus B.dendrobatidis. The population that presented more problems was the belonging to the area known as Torrent dels Ferrets (in 2004 it was confirmed the first case of chytridiomycosis).

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Evolution of the population of Alytes muletensis in the Torrent dels Ferrerets. There have been deaths by Bd since 2004 (photo: Joan Mayol)

Research to ending this fungus has been a success. At the end of 2015, researchers from the Balearic Islands confirmed the first successful treatment against chytridiomycosis. They carried out disinfection in the natural environment (to eliminate any presence of zoospore) and combined it with an anti-fungal treatment to tadpoles. They managed to completely eliminate the presence of the parasite, and thus save the population. Even so, efforts to put an end to this fungus should not cease.

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Chytridiomycosis is still a serious problem for global amphibian populations, but there is still hope. 

REFERENCES

  • World organisation for animal health (OiE)
  • CSIC General Foundation: Lucha sin cuartel contra la quitridiomicosis (spanish), by Jaume Bosch.
  • 100 of the most invasive alien species in the world, ISSG. PDF
  • The Mallorcan midwife Toad, from discovery to conservation, Joan Mayol and Joan Oliver. (Spanish)
  • Cover Photo: Vance Vredenburg.

 

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El hongo exterminador de anfibios

En los últimos años, las poblaciones de anfibios de todo el mundo han sufrido un importante declive, hasta el punto que muchas de ellas desaparecen por completo. Muchos investigadores apuntan a que la pérdida de estas poblaciones se debe a diversos factores: el cambio climático, pérdida de hábitat y la presencia de un hongo parásito. En este articulo daremos a conocer el parásito bautizado como hongo asesino

EL HONGO

Batrachochytrium dendrobatidis  es el nombre científico que recibe este hongo. Pertenece a la clase Chytridiomycetes, que agrupa a hongos parásitos de plantas e invertebrados. Sin embargo, este es el único de esta clase que afecta a organismos vertebrados. Está relacionado con la desaparición de más de 200 especies de anfibios, entre ellas el Sapo Dorado de Costa Rica.

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Una de las últimas imágenes que se tienen del Sapo Dorado (Incilius periglenes). (Foto: Richard K.)

Presenta un ciclo vital que consta de dos fases: una inmóvil (esporangio) y una móvil (mediante zoosporas). En la imagen inferior podemos ver un esquema de la estructura de este tipo de hongos. El esporangio tiene unas prolongaciones finas conocidas como rizoides o micelio rizoidal que le permite anclarse en las capa internas de la piel. La zoospora emerge del esporangio cuando esta madura y presenta un flagelo simple apical.

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Esquema de la estructura del hongo Bd. (Foto: trilobite glassworks).

Al ser un parásito necesita de un hospedador que le proporcione los nutrientes. En este caso, el hongo se alimenta de la queratina de la piel de los anfibios. Las zoosporas llegan a la piel del hospedador por el agua y se enquistan en las zonas con mayor cantidad de queratina. Pierden el flagelo y se transforman en un esporangio. Estos desarrollan el micelio y de nuevo producen las zoosporas que emergen hacia el agua. En el caso que no haya hospedadores alrededor, el parásito se convierte en saprofito (se alimenta de materia orgánica en descomposición)  a la espera de la llegada de algún anfibio.

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Ciclo vital de B. dendrobatidis. (Foto: Roseblum)

Pero, ¿Por qué este proceso resulta en una enfermedad para los anfibios?

LA QUITRIDIOMICOSIS

En los anfibios, la piel es uno de los órganos más importantes. Se encarga de funciones como la hidratación, la osmoregulación, la termoregulación y la respiración (por ejemplo, los lisanfibios respiran únicamente por la piel. Descúbrelos en este articulo). Al alimentarse de la queratina de la piel, destruyen las capas superiores y se expanden por toda la superficie del organismo impidiendo que este órgano realice el intercambio iónico. Los ejemplares mueren por un paro cardíaco.

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Imagen de microscopía de la piel de un anfibio afectado por quitridiomicosis. Las flechas señalan los esporangios. (Foto: Che Weldon)

Los esporangios se acoplan a las zonas queratinizadas de la piel, de las cuales obtienen sus nutrientes. Aproximadamente entre los 4 y 6 días posteriores a la infección, se comienzan a desarrollar las zoosporas (esferas negras en el interior de los esporangios de la imagen superior). Cuando estas esporas han madurado, se liberan a través de un tubo de descarga que inicialmente esta cerrado. El tapón (imagen inferior) se disuelve poco antes de la liberación de las zoosporas.

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Imagen de escáner electrónico de la superficie de la piel de una rana. Las papilas del esporangio están señalas con un triangulo. La flecha negra indica un esporangio con el tapón disuelto. (Foto: Berger).

Esta enfermedad afecta solo a ejemplares adultos. Aún así, los renacuajos son reservorios de la enfermedad, es decir, pueden infectarse pero no desarrollan los síntomas. El hongo  infecta zonas queratinizadas del renacuajo (normalmente las zonas de la boca) y a medida que se realiza la metamorfosis, el hongo se expande hacia otras zonas.

EXPANSIÓN GEOGRÁFICA: ESPAÑA

El hongo es característico de poblaciones sudafricanas de Xenopus laevis (Sapo africano de uñas, utilizado en investigación), pero se expandió por todo el mundo mediante el tráfico de ejemplares infectados. La situación es tan grave que la Organización mundial de Sanidad Animal (OiE) ha catalogado la quitridiomicosis como una enfermedad de declaración obligatoria. Además B. dendrobatidis esta incluida en la lista de las 100 especies exóticas más invasoras por la IUCN (si quieres saber que son las especies invasoras, consulta el siguiente articulo).

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Regiones donde se han confirmado casos positivos de quitridiomicosis. (Foto: Bd-maps).

España fue el primer país europeo en sufrir un brote de quitridiomicosis, concretamente en el Parque Natural de Peñalara en Madrid. El sapo partero común (Alytes obstetricans) fue el más afectado. También se han dado casos en otras regiones españolas, como por ejemplo en las Islas Baleares. Actualmente, hay muchas investigaciones en marcha para solucionar este problema, como por ejemplo del Proyecto Cero de la Fundación general CSIC.

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Especies de anfibios positivos para la quitridiomicosis en España (Foto: Bd-maps)

EL CASO DEL SAPO PARTERO BALEAR

El sapo partero balear o ferreret (Alytes muletensis) es endémico de las Islas Baleares. Está clasificado como especie vulnerable por la IUCN (en este articulo hablamos sobre esta organización y su lista roja de especies). Vive en pozas y barrancos de díficil acceso de la Sierra de Tramuntana (Mallorca). Los ejemplares pueden llegar a medir unos 4 cm y son de hábitos nocturnos. Generalmente, esta especie estaba amenazada por la destrucción de su hábitat o la depredación, pero la última amenaza a la que se enfrentan es la quitridiomicosis.

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Sapo partero balear o ferreret (Foto: Guillem Gutiérrez).

Los investigadores observaron que ciertas poblaciones experimentaban una disminución significativa en el número de ejemplares y, estos, aparecían muertos sin razón aparente. Los estudios revelaron que estas muertes se debían a la presencia del hongo parásito B.dendrobatidis. La población que presentó más problemas era la que se encontraba en la zona conocida como Torrent dels Ferrets (en 2004 se confirmó el primer caso de quitridiomicosis).

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Evolución de la población de Alytes muletensis en el Torrent dels Ferrerets. Se han registrado muertes por Bd des de el año 2004 (Foto: Joan Mayol)

 

Las investigaciones para acabar con este hongo parásito exterminador han dado sus frutos. A finales del 2015, investigadores de las Islas Baleares confirmaron el primer tratamiento exitoso contra la quitridiomicosis. Realizaron una desinfección en el medio natural (para eliminar cualquier presencia de zoospora) y la combinaron con un tratamiento antifúngico a los renacuajos. Consiguieron eliminar por completo la presencia del parásito y salvar así la población. Aún así, los esfuerzos para terminar con este hongo no deben cesar.

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La quitridiomicosis sigue siendo un problema grave para las poblaciones mundiales de anfibios, aún así hay esperanza. 

REFERENCIAS

  • Organización mundial de la sanidad animal (OiE)
  • Fundación General CSIC: Lucha sin cuartel contra la quitridiomicosis, de  Jaime Bosch.
  • 100 de las especies invasoras más dañinas del mundo, ISSG. PDF
  • El ferreret, del descubrimiento a la conservación, de Joan Mayol y Joan Oliver.
  • Imagen de portada: Vance Vredenburg

 

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