Drivers of Epidemic Timing and Size in a Natural Aquatic System

Shaw, Clara L ProQuest Dissertations & Theses University of Mich 2019 해외박사(DDOD)

Parasite epidemics are embedded in complicated webs of interacting organisms as well as in an abiotic environment, with direct and diffuse connections among these elements impacting epidemic dynamics. In addition, these elements can be dynamic over time and space, and they may be changing due to human impacts. Yet, though myriad factors influence it, infection is fundamentally the result of an interaction between an individual host and parasite and is impacted by the particular defenses and strategies of these antagonists. Therefore, to understand drivers of epidemics, some of which can be catastrophic for host populations, we must incorporate a nuanced understanding of environmental modulators of parasite transmission as well as of the biology of host and parasite populations interacting over space and time. My dissertation elucidates some of the drivers of natural epidemics caused by two environmentally transmitted parasites, the bacterium Pasteuria ramosa and the fungus Metschnikowia bicuspidata, in Daphniid hosts. Chapters 2 and 3 focus on how abiotic factors influence disease outbreaks through effects on parasite transmission stages. In Chapter 2, I evaluated the effects of light variation on parasite infectivity. I found that both parasites were sensitive to light, though the fungus was more sensitive. I related this to natural epidemics and found that epidemics of the less sensitive bacterium started before those of the more sensitive fungus. In addition, looking across lakes that varied in clarity (and therefore light penetration into water), I found that darker lakes had larger epidemics of the bacterial parasite. In Chapter 3, I quantified parasites in the water column of lakes to link lake habitat structure with host and parasite overlap. I found that parasites were unevenly distributed throughout the water column, and that host habitat selection behavior may influence epidemic dynamics. Chapters 4 and 5 use genetic approaches to elucidate how parasites are passed among a community of Daphniid species in lakes and how patterns of infection differ between generalist and specialist parasites. In Chapter 4, I quantified the population structure of the fungal parasite across two common host species and performed a cross infection experiment, finding that this generalist parasite in fact was composed of genotypes that specialized on the divergent hosts and that this specialization might be driven by spore size. In Chapter 5, I genotyped the bacterial parasite across populations, host species, and over time, finding that genetic variation in this parasite was structured by lake and host species, implicating low transmission across these barriers and/or local adaptation to specific host populations. In addition, parasite strain structure changed over time in outbreaks indicating rapid evolution. Overall, my research shows that epidemic dynamics are influenced by environmental conditions through their effects on environmental transmission stages, but also that epidemics depend on the success of specific interactions that occur between hosts and parasite individuals over space and time.

Gene-for-gene system을 이용한 host-parasite의 공진화에 대한 연구

이준호 가톨릭대학교 대학원 2012 국내석사

일반적으로 숙주(Host)는 주변의 다양한 기생생물(Parasite)에 의해 끊임없는 감염의 위협을 받고 있다. 그렇기 때문에 이들은 이러한 위협에 대항할 수 있는 다양한 방어체계를 만들어왔다. Host의 이러한 방어체계의 발달은 Parasite로 하여금 좀 더 효과적인 공격체계를 발달하게 했는데, 이들의 공진화는 효율적인 방어, 효율적인 공격이 가능한 방향으로 진행되었다. Host는 Parasite의 감염으로부터 자신을 지켜야 하며, Parasite는 Host를 죽이지 않는 선에서 기생해야 하기 때문이다. 이러한 Host-Parasite의 공진화를 설명하는 모델은 여러 가지가 있지만 본 연구에서는 Gene-for-Gene system(GFG system)을 이용하였다. GFG system은 저항성(R)과 비저항성(S)의 성질을 띤 Host allele들과 독성(V)과 무독성(A)의 성질을 띤 Parasite allele들 간의 상호작용을 의미한다. 공진화는 각각의 allele들의 조합에 따른 적합도(fitness)의 세대에 걸친 변화에 의해 일어난다. 진화는 다양성을 추구한다고 볼 수 있는데, 본 연구에서는 Host와 Parasite allele들이 각각 N=1, 2, 3인 경우에 대해 C 프로그램을 이용하여 Simulation을 수행하였다. 그 결과 가장 fitness가 높은 allele들이 fixation 되는 것을 알 수 있었다. 아쉬운 점은 fixation된 allele들이 모두 동일한 성질을 가진 allele들이라는 것이다. 이는 simulation에 사용된 fitness가 다양성을 포함하지 못했기 때문이라 생각된다. 비록 기대한 결과를 얻지는 못했으나, 본 연구에 이용된 fitness를 만드는 방법과 다양한 fitness의 변수 및 allele들의 여러 가지 초기 조건(initial frequency)의 구성방법은 앞으로의 연구에 도움이 될 것이다. In general, the advantage of evolution is the diversity. A variety of organisms can respond more effectively to various environmental changes to increase the diversity. In so doing evolution tend to be made in the direction of diversity. In this study, host and parasite will be discussed. Generally, host is under the constant threat of infection by various parasites. So, they have made various defense systems to cope with such threats. The development of host's defense systems led to more effective attack systems of parasite. This co-evolution was proceeded in the direction of the effective defence and efficient attack as possible. Host must protect themselves from infection of parasite and parasite should be parasitic without killing the host. There are some models that explain the co-evolution, but in this study, Gene-for-Gene system(GFG system) was applied. GFG system is that the interaction between host that has resistance(R) and susceptible(S) allele and parasite that has virulent(V) and avirulent(A) allele. The co-evolution occurs from changing the fitness according to the combination of each allele over generations. Specifically, in this research, the simulation was performed in terms of C program that for the case of each of host and parasite allele N=1,2,3. By using the simulation, the higher fitness of allele fixations could be analyzed. The result is disappointing because allele fixations have all the same nature. The reason for this result is the fitness in using this simulation did not include a diversity. Although the results did not vary, but in this study, method of fitness for a variety of parameters and initial conditions, several of the allele (initial frequency) of the configuration method will be helpful in future studies.

Everyone for Themselves: Population-Level Differences in the Evolutionary Responses of the Threespine Stickleback Host (Gasterosteus Aculeatus) to a Cestode Parasite (Schistocephalus Solidus)

Wohlleben, Anika Marie Clark University ProQuest Dissertations & Theses 2022 해외박사(DDOD)

Helminths are common parasites which often drastically reduce host survival and reproductive success and therefore impose strong selection pressure on the hosts to evolve countermeasures (e.g. immune response, behavioral changes). For this reason, it is essential to understand how parasites interact with their hosts to better understand ecosystem dynamics in general. To gain a better understanding of those countermeasures and the underlying mechanisms of host-parasite interactions, I studied the complex interactions between the cestode Schistocephalus solidus and its intermediate host, the threespine stickleback fish, Gasterosteus aculeatus. The primary focus of this dissertation was to determine S. solidus infection dynamics, the timing of infection acquisition, and infection-induced gene expression patterns. My findings provide insight into how unexperienced hosts adapt to new parasite pressures and why different host populations might differ in their adaptations.Analysis of parasite prevalence and infection severity of four stickleback populations from the Matanuska-Susitna Valley of southcentral Alaska (Willow, Rocky, Cornelius, Lazy lakes) over 11 years showed significant between lake and between year variation in infection prevalence but not Parasite Index. All four populations displayed peritoneal fibrosis, a specialized form of parasite resistance. My results suggest that stickleback infection prevalence is likely linked to the feeding strategies of young-of-year stickleback, a factor which should be taken into account when designing future lab infection experiments. Assessment of the timing of infection showed that stickleback from three Alaskan populations get infected within the first few months of hatching. Infection intensity in young-of-year stickleback varied between populations and years. There was also strong variation in the development of the infection prevalence over the winter. My results suggest that stickleback infection prevalence might primarily depend on the feeding strategies of young-of-year stickleback, which needs to be taken in account when designing future lab infection experiments. Comparison of gene expression differences between stickleback from a high-prevalence, low-fibrosis and a low-prevalence, high-fibrosis population showed population-level differences in (immune) gene expression. Infected fish from the high prevalence population showed signs of immune manipulation by the parasite. The fish from the low prevalence population showed a potential for sex-biased infection prevalence. My findings support previous reports of immune manipulation by S. solidus and provide new insight into the genetic makeup of a host population that frequently displays fibrosis. This work demonstrates that several Alaskan stickleback populations have evolved different strategies for coping with the same parasite, ranging from resistance (e.g., immune regulation) to parasite tolerance (e.g., parasite growth suppression).

한국 기생충 관리 사업의 초국적 네트워크, 1950~2000년대

정준호 서울대학교 대학원 2020 국내박사

이 연구는 1950년대부터 2000년대까지의 한국의 기생충 관리 활동에 주목하여, 기생충을 둘러싼 초국적 네트워크 속에서 기술과학이 생산, 실행, 유통되는 과정을 살핀다. 냉전, 탈냉전과 같은 거시적인 지정학적 배경 가운데 일어난 사회적 조건들의 변화와 일본, 미국, 아시아와 아프리카의 개발도상국 등 다종다양한 네트워크의 연계를 한국의 기생충 관리 사업이라는 기술과학이자 지식체계를 만들어낸 중요한 배경으로 살피는 것이다. 이를 통해 해방 후 현대 한국의 사회, 정치, 경제적 변화 속에 보건의료 사업을 위치짓는 것을 목적으로 한다. 한국에서 진행되었던 보건의료 사업의 대표적인 성공 사례로 손꼽히는 기생충 관리 사업은 일반적으로 1969년부터 1995년까지 진행되었던 ‘기생충박멸사업’에 초점을 맞추었다. 총 연인원 3억 명 이상을 검사하고 투약했던 기생충박멸사업은 탈식민지 시기 한국의 국가 형성 과정에서 대중동원을 통해 이루어졌던 보건의료 사업의 일례를 보여주었다. 이 연구에서는 한국의 기생충 관리 사업을 국경을 넘나들며 이루어진 기술과학의 순환과 전용의 과정으로 파악하고자 한다. 이러한 분석을 위해 이 논문에서는 한국 기생충 관리 사업의 변천을 추동한 요인들을 초국적(transnational)인 맥락에서 분석한다. 이러한 ‘초국적 기술과학 네트워크(transnational technoscience network)'를 통해 기생충학자들과 활동가, 지식과 기술, 도구, 기생충 등 다양한 행위자들 속에서 기생충 관리 사업의 성공과 실패가 어떻게 실천되고 의미를 얻게 되었는지 살펴보았다. 해방 후 기생충 감염은 미군정과 선교사들을 통해 문제화 되었으며, 한국 사람들의 초국적 이동을 통해 시각화 되었다. 기생충이 주요한 보건의료 문제라는 공동의 인식을 기반으로 기생충 관리 사업이 형성되는 과정은 국경을 넘어 일어난 인구 이동, 국제적인 개발협력 방침의 전환, 관리 기술의 전용, 대중들의 참여와 반발, 기생충 분포의 생태적 변화 등의 상호작용에 의해 다양한 방식으로 전개되었다. 지정학적 변화 속에서 이루어진 기생충 관리 사업의 국제적 교류는 사업을 체계화하고 현재성을 부여할 수 있도록 했을 뿐 아니라, 사업의 대상과 방법, 내용에도 중요한 영향을 미쳤다. 기생충 관리 사업에 참여한 기생충학자들과 활동가들은 일본과의 협력을 통해 ‘집단검진 집단구충’이라는 공동의 기술과학 체계이자 지식 생산 기반을 구성했다. 동시에 이 연구는 이러한 지식 생산과 기술의 실천 과정에 일반 대중의 참여와 경험이 중요한 역할을 했음을 보이고자 한다. 기생충 관리 사업을 초국적 관점에서 살펴보는 것은 한국의 경험이 아시아라는 보다 넓은 지역적 범위와 영향력 속에서 나타난 것임을 보여준다. 이는 기술과학적 지식과 실천이 다양한 공간 속에서 이루어지며, 그러한 실천이 이루어지는 공간과 시간이 기생충 관리 사업의 현재적 의미를 획득할 수 있도록 해주었음을 의미한다. 기생충 관리 사업이란 의학자와 활동가, 대중 뿐 아니라 다양한 기술과 도구들, 기생충과 같은 생태적 환경들의 상호작용 가운데 형성된 산물이었다. 이러한 상호작용은 한 국가의 경계에 머물지 않고 새로운 지역, 환경, 기생충으로 그 범위를 확대하며 지속적으로 재구성되어 왔다. 기생충 관리에 대한 지식의 구성은 실험실이나 대학 내에서의 연구만으로 이루어지지 않았다. 기생충학자들이 지속적으로 기생충 관리 사업에 참여하며 연관된 지식과 기술들을 구성해 나갔던 것처럼, 이러한 활동들은 현실의 대중에 적용하고 실천하는 것을 목적으로 했다. 실험실에서 구성된 지식들이 외부의 현실과 만나는 과정에서 연구자들은 사회적, 문화적, 생태적 요인에 따라 그 지식의 실천을 변형해 왔다. 또한 기생충 관리 지식과 기술의 적용은 이러한 외부 환경의 반발과 저항에 대응하며 만들어졌다. 한국을 비롯해 여러 개발도상국들을 대상으로 진행되어 온 기생충학과 기생충 관리 사업은 이러한 지식들이 다양한 행위자와 조응하며 어떻게 구성되어 왔는지 보여줄 수 있는 하나의 창이다. This study focuses on Korean parasite control program from the 1950s to the 2000s, with emphasis on the process of technoscientific production, practice and circulation in a transnational network surrounding parasites. This is to place Korean parasite control program as technoscience and knowledge production systems among connection of various networks such as Japan, the United States, developing countries in Asia and Africa. Also this study looks into geopolitics that changed social conditions surrounding the Korean parasite control program as background. Through this analysis, the study aims to locate the public health measures in the social, political and economic changes of modern Korea. The Korean parasite control program is regarded as one of the most successful examples of health care movement in Korea. This ‘Parasite Eradication Program' which was conducted from 1969 to 1995, involved testing and treating of 300 million people. This showed an example of a health care project that was conducted through mass mobilization during the post-colonial nation building period. This study tries to grasp the Korean parasite control program as a process of circulation and appropriation of technoscience that occurred across the border in the backdrop of geopolitics. This study employs transnational approach to contextualize factors that shaped the Korean parasite control program. Based on this, through the ‘transnational technoscience network', this study examines how the success or failure of the program was practiced and gained meaning among various actors such as parasitologists, activists, knowledge, skills, tools, and parasites. After 1945, parasites was problematized by visualizing parasites in the Korean body through transnational movements of people. Korean parasite control program, based on the common perception that parasites were a major health problem, was developed by interaction of transnational population movements, shifts in international development cooperation policies, transfer of management technologies, public participation and resistance, and ecological changes in parasite distribution. Transnational exchange allowed Korean parasite control program to be systematized, but also had an major impact on the object, method and content of the project. In cooperation with Japan, Parasitologists and activists who participated in the parasite control program formed a common system and a basis for knowledge production called the ‘Mass Testing, Mass Treatment.’ At the same time, this study aim to show that the participation and experience of the general public played an important role in the process of knowledge production and practice of technology. In the process of implementing the parasite control program, the public actively participated in knowledge production. They were not passive recipients of medical knowledge and practice. But parasitologists and activists continued to interact with them to change and adapt their knowledge in the course of program implementation. Analyzing the parasite control program from transnational perspective shows that Korea's experience emerged from the wider geographical area and influence. This means that knowledge and practice were conducted in range of spaces, and that the space and time in which such practice is carried out allowed the parasite control program to be currently relevant. This study looks at the parasite control program as a product of transnational interactions among activists, public, technologies and tools, as well as ecological environments such as parasites in the geopolitical context. Through this analysis, this study critically review the previous historical analysis on public health programs, which was mainly looked at in a national context. Also this emphasis that the practice of knowledge has been continuously transformed by social, cultural, and ecological factors that occurs across the borders. These interactions was not limited to national boundaries but continuously expanding their scope to new regions, environments, and parasites for reconstruction. The construction of knowledge about parasite control did not consist solely of research in a laboratory or university. Just as parasitologists continually engaged in the parasite control program and built up the knowledge and skills involved, these activities aimed to be applied and practiced in the general public. In the process where knowledge constructed in a laboratory meets external environment, researchers modified the practice according to appropriate social, cultural and ecological factors. In addition, the application of parasite control knowledge and technology was made in response to the resistance. The parasitology and parasite control program, which conducted across the nations, is a window to show how these knowledge was structured in coordination with variety of actors.

Parasitic urban device

이정민 경기대학교 건축대학원 2008 국내석사

Parasite의 생물학적 정의로 기생충이라는 것은 한 생명체로서 생애의 전부 또는 일부를 다른 생명체에 서식하면서 영양물을 탈취하는 동물이다. 그리고 숙주는 기생충에게 방어의 장소와 영양물을 제공하는 동물로 Host- Parasite Interrelationship 이라는 관계를 형성 하게 된다. Host- Parasite관계는 공생과 돌연변이 두 가지의 Host- Parasite관계가 있다. 본 연구에서는 돌연변이 Host- Parasite관계를 중점으로 연구를 진행 할 것이다. 돌연변이는 결국 숙주를 변화 시킨다. 이러한 돌연변이를 만들기 위한 조건과 요소를 찾아내고 이것이 건축과 도시에 적용 될 수 있는 장치로 치환 시켜 적용하는 것이다. 이런 장치를 만들어 내는데 있어 중요한 것은 기생의 속성이 녹아 들어가 있어야 한다는 것이다. 본 논문에서는 바람이라는 자연에너지를 속성으로 정하였다. 그 이유는 도시에 잉여된 부분들의 공통적으로 바람이 존재 하고 있었다. 그래서 바람에 의해 움직이는 구조물을 만들게 되었다. 움직이는 구조물이 건축과 도시에 적용되기 위해서 여러 모형실험들을 통해 Parasitic Urban Device라는 장치를 만들게 되었다. 이 Parasitic Urban Device 라는 것은 주어진 싸이트의 조건과 요소들의 의해 언제나 변화 할 수 있는 장치이다. 그래서 버스 정류장, 건물의 입면과 틈, 건물들 간의 사이 공간, 고가도로와 다리등 기생으로서 존재 할 수 있는 공간이 주어진다면 어디든 적용 가능한 장치이다. 따라서 이 장치를 적용한 4개 적용과정을 통해 가능성과 새로운 프로세스를 제시 한다.

Paleopathological study on nematode and trematode DNA extracted from specimens of Joseon Dynasty mummies

홍종하 서울대학교 대학원 2019 국내박사

Introduction: Over the past several decades, ancient DNA (aDNA) study has been a significant area of interest in the fields of archeology, anthropology, and medicine. However, the number of aDNA cases reported so far has not been sufficient for obtainment of detailed information on parasites genetics. By paleoparasitological investigations in South Korea, I have collected a number of pre-modern Korean-mummy feces and tissue specimens containing parasite eggs. Utilizing those ancient specimens and their remnant eggs, I tried to analyze multiple DNA regions of A. lumbricoides, T. trichiura, P. westermani, C. sinensis, and M. yokogawai aDNA. Methods: The samples utilized in this study were obtained from 15th to 18th century Joseon Dynasty mummies. Prior to the aDNA analyses, microscopic examination confirmed the presence of parasite eggs in each specimen. aDNAs from the parasite eggs were isolated and sequenced for multiple DNA regions. By BLAST search, I retrieved similar sequences at the National Center for Biotechnology Information (NCBI), and then inferred the phylogenetic relationships among the taxa by the Maximum Likelihood (ML) method. Results and Discussion: By agarose gel electrophoresis, the amplified products were detected in multiple DNA regions of five parasite species. Using the aligned clone sequences, consensus sequences were determined. The Ascaris and Trichuris sequences of the mummy specimens were highly similar to the sequences in GenBank thus far. The P. westermani CO1 and ITS2 sequences obtained from the Korean mummies showed genetic distinction from the other species of genus Paragonimus. Next, I showed that ITS1, NAD2, and NAD5 could be good markers for molecular diagnosis of C. sinensis. Finally, the M. yokogawai aDNA (CO1) sequence was distinctly clustered relative to those of M. takahashii and M. miyatai. I found that each parasite DNA sequence belonged to separate clusters that were evidently distinct from those of the other parasite species reported to date. Conclusion: In this study, I successfully analyzed the aDNA sequences of five different parasite species. Considering that there have been very few or no reports on parasite aDNA so far, the current study could expand the existing gene pool of parasite paleogenetics. Even so, I also admit that aDNA investigations of much wider geo-historical scope are still required in order to uncover the exact evolutionary histories of these parasites. 서론: 최근 분자생물학 연구의 발전은 옛 고대 전염병에 관한 연구에서 중요한 성과를 이루었지만 아직 옛 기생충 영역에서는 성과가 미흡하다. 지난 수년간 우리나라 고기생충학 연구를 통해 기생충란의 존재를 형태학적으로 확인한 옛 시료를 수습할 수 있었는데 이 연구에서는 기왕에 수집한 시료를 이용하여 회충, 편충, 폐흡충, 간흡충, 요코가와흡충 등 다양한 옛 DNA를 분석하고자 하였다. 연구 대상 및 방법: 15-18세기 조선시대 미라에서 수집한 장내 분변 혹은 조직 샘플을 연구에 이용하였다. 수집한 시료는 유전체 분석 전 현미경 검경을 통하여 각 시료 내 기생충란의 존재를 확인하였으며 고DNA를 추출한 다음 PCR로 증폭하여 서열을 확인하였다. 기존에 GenBank에 보고된 해당 기생충 서열과 유사도를 검색하는 한편, 이 서열에 대한 계통분석을 Maximum likelihood 법을 이용하여 실시하였다. 결과 및 고찰: 전기영동을 통해 조선시대 시료에서 추출한 회충, 편충, 폐흡충, 간흡충, 요코가와 흡충 등 DNA 증폭결과를 확인하였다. 회충 및 편충 DNA는 다른 기생충 DNA와 명확하게 구분되었으며 폐흡충 옛 DNA는 계통분석을 통해 지역에 따라 크게 세 그룹으로 나뉜다는 사실을 확인하였다. 간흡충 분석 결과 ITS1, NAD2, NAD5영역이 유전적 진단에 적합하다는 사실을 확인하였으며 요코가와흡충의 경우 CO1 영역에 대한 분석으로 해당 기생충을 분자생물학적으로 명확히 진단할 수 있다는 사실을 밝혔다. 이와 같은 연구를 통해 20세기 이전 동아시아 기생충의 유전적 특징을 밝히는 한편, 형태학적 특징만으로 진단이 어려운 고기생충란 연구에서 유전적 진단이 유용하게 쓰일 수 있다는 사실을 증명하였다. 결론: 이 연구에서는 우리나라 조선시대 미라에서 수집한 시료를 이용하여 회충, 편충, 폐흡충, 간흡충, 요코가와 흡충 고DNA 서열을 성공적으로 분석했다. 지금까지 기생충 옛 DNA에 대한 사례가 체계적으로 거의 분석되지 않았다는 점을 고려하면 이번 연구를 통해 획득한 기생충 서열 보고는 기존 고기생충학 유전자 풀을 확대하고 기생충의 정확한 진화사에 관한 정보를 얻는 데 있어 매우 중요한 자료가 될 수 있다.

Ecdysal cyst formation of the dinoflagellate Fragilidium duplocampanaeforme against parasitic flagellate Parvilucifera infectans

이보라 Chonnam National University 2017 국내석사

Some marine dinoflagellates form ecdysal cyst as a survival strategy during their life cycle or when environmental conditions are perturbed. Especially Fragilidium duplocampanaeforme enters ecdysal cyst stage during their life cycle in order to digest the prey or divide. We used that culture to examine defense mechanism of F. duplocampanaeforme and Dinophysis acuminata against parasitism and to know effect of Parvilucifera infectans on two hosts. Parasite prevalence in D. acuminata increased to a maximum 78.8 (±2.4 %) by a inoculum size (zoospore:host ratio) of 20:1. However, parasite prevalence reached 8.9 (±0.3 %), even at inoculum size of 120:1 in F. duplocampanaeforme. Also, parasite prevalence only appeared in the vegetative cells, when zoospores were inoculated into vegetative cells and ecdysal cysts of F. duplocampanaeforme. Moreover, the formation of F. duplocampanaeforme ecdysal cysts was only stimulated by inoculated of vegetative cells with P. infectans zoospores. When F. duplocampanaeforme was exposed to live parasite zoospores, almost host cells formed ecdysal cysts within 0.5 hours by inoculum size of 120:1. However, ecdysal cysts of F. duplocampanaeforme in the low ratio (1:1) increased more slowly. Moreover, duration of induced cysts longer than normally formed cysts. Results suggest that forming ecdysal cyst in marine dinoflagellates can be important defense mechanism against parasitism. 일부 해양 와편모류는 서식하기에 좋지 않은 환경일 때 생존 전략으로 포낭(cyst)을 형성한다. 해양 와편모류 Fragilidium duplocampanaeforme는 혼합영양 형태를 취하는 생물로써, 선택적으로 해양 와편모류 Diophysis spp.만을 섭식하는 생물이다. 특이적으로 F. duplocampanaeforme는 먹이를 먹고 소화시킬 때와 세포 분열을 할 때, 일시적으로 포낭을 형성한다는 특징을 갖고 있다. 본 연구에서는 배양 실험을 통해 포낭을 형성하는 F. duplocampanaeforme와 포낭을 형성하지 않는 Dinophysis acuminata의 기생생물 Parvilucifera infectans에 대한 방어 기작과 기생생물이 두 숙주에게 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 기생생물의 유주자(zoospore)와 D. acuminata의 비가 20:1 이상부터는 최대 80%의 감염률을 보였지만, F. duplocampanaeforme의 경우에는 비가 120:1 임에도 불구하고 8 %의 저조한 감염률을 보였다. 또한, 운동성 단계의 F. duplocampanaeforme와 포낭 단계의 F. duplocampanaeforme에 각각 유주자를 접종했을 때, 오직 운동성 단계의 F. duplocampanaeforme에서만 감염률이 나타났다. 숙주인 F. duplocampanaeforme가 유주자와 물리적인 접촉이 이루어졌을 때 일시적으로 포낭을 형성하여 감염에 대한 저항을 나타낸 것을 확인하였다. 유주자와 숙주의 비가 120:1 일 때, 30분 이내에 거의 모든 숙주 세포가 일시적인 포자를 형성하였고, 1:1 일 때에는 시간이 흐를수록 포낭 형성율이 높아졌다. F. duplocampanaeforme가 정상적으로 형성한 포낭의 지속 기간은 평균 15시간이고, 유주자로 인해 형성이 유도된 포낭의 지속 기간은 평균 34시간으로 그 차이가 극명하게 나타났다. 즉, 기생생물이 있음으로 인해 F. duplocampanaeforme의 일주기성이 정상적인 일주기성에 비해 지연되는 결과를 보였다. 본 연구결과는 해양 와편모류의 기생생물에 대한 생존 전략을 이해하는 데 도움이 되고, 추후 연구에 기본적인 바탕이 된다.

Modulators of Neuroimmune Interactions Induced by Toxoplasma gondii

Merritt, Emily Frances The University of Arizona ProQuest Dissertations & 2023 해외박사(DDOD)

Toxoplasma gondii is a common, intracellular parasite that establishes a long-term infection in neurons in the central nervous system (CNS). Infections are often asymptomatic; however, in individuals lacking a T cell response Toxoplasma infection can lead to uncontrolled neuroinflammation, and potentially death. A long-standing question in the field is how Toxoplasma survives long term within the host. One hypothesis suggests that long term persistence is enabled by parasites residing in neurons because neurons do not have the same cell-intrinsic immune capabilities to clear parasites as non-neuronal cells (i.e., neurons are thought to lack major histocompatibility complex as an immune receptor to interact with T cells and are considered unable to respond to cytokine). Another hypothesis is that Toxoplasma modifies neurons to allow persistence by manipulating neurons through injection of Toxoplasma effector proteins, known as ROPs and GRAs, which are secreted into host cells during infection and can alter host cell signaling. Given we know Toxoplasma modifies many signaling pathways through these effector proteins, we set out to identify novel pathways that may aid in parasite persistence by transcriptionally profiling neurons that have been injected with Toxoplasma proteins. We infected Cre reporter mice, which only express a green fluorescent protein (GFP) after Cre mediated recombination, with Toxoplasma strains that have Cre recombinase fused to an effector protein that is secreted into host cells prior to invasion. Therefore, in the brain we can detect Toxoplasma injected neurons (TINs). Laser capture microdissection allowed us to isolate these injected neurons from an infected brain and perform transcriptional analysis to compare the transcripts of these injected neurons to neighboring neurons that have not interacted with parasites (Bystander neurons). Pathway analysis indicated a high level of T cell transcripts within the TINs transcriptome compared to the Bystander neurons transcriptome. Analysis of immunofluorescently stained infected brain sections was consistent with T cells being in closer proximity to TINs compared to Bystander neurons. This extreme proximity suggested potential MHCI-T cell receptor interactions. To test this idea, we infected primary neuronal cultures with parasites expressing the model antigen, OVA, and cocultured antigen specific T cells with these infected cultures. We found T cells could be activated by the infected neuronal cultures, indicating neurons are capable of presenting peptide on MHCI to T cells. To explore the ability of neurons to clear parasites (a possible outcome of T cell-neuron interactions), we infected Cre reporter mice with a strain of Toxoplasma that only triggers Cre mediated recombination in host cells after a successful invasion (GCre). We generated 200µm thick brain sections from these mice, optically cleared the sections using PACT clearing, and generated 3D reconstructions of the GFP+ neurons to determine if they actively harbor parasites. Approximately 50% of rendered neurons did not harbor parasites, indicating that neurons are capable of clearing Toxoplasma in vivo. Lastly, within this dissertation, I explored the importance of a specific effector protein, GRA15, and how it contributes to parasite persistence. Analysis of the peripheral immune response and parasite burden in the brain indicates that GRA15-an effector that causes polarization to classically activated macrophages-is does not significantly influence parasite dissemination and persistence. Overall, this dissertation uses Toxoplasma as a tool to investigate the immune capacity of neurons. We find that neurons can interact with T cells and possess competence at clearing Toxoplasma. Future directions include describing how utilizing tools I generated will allow others to determine how T cell recognition of and activation by antigen generated at different life-stages of Toxoplasma contributes to parasite clearance vs persistence.

블랙 코미디 영화 <기생충>에 나타난 아이러니의 표현기법에 관한 연구

번서운 국민대학교 일반대학원 2021 국내석사

The theme of this dissertation is to discuss how <Parasite> uses the expressions of irony and dark humor to present the problem of class difference that still exists in the 21st century. In director Bong Joon-ho’s movies, the issue of class difference is often discussed, especially in <Parasite>, the award winning film premiered in the year of 2019. As the class difference issue became a global problem, the discussion of it brought attention to the film from global audience. For people who get their daily information through traditional news media, the idea of class difference is an abstract concept. But people will understand this topic on a deeper level if they watch films that uses irony and dark humor as their way of expressions. This dissertation will discuss irony and dark humor on a theoretical level, present the story structure of Parasite, analyze the dark humor scenes and the visual languages in them, study how <Parasite> presents the class difference issues through dialogue, actions, cinematography and production design. In the end, the dissertation will discuss the plot of Parasite in detail, to understand how irony is unitized in this film. Director Bong Joon-ho uses dark humor and irony as a way of expression to achieve a very unique storytelling, addressing the dark side of the society. The tone of the story switches to horror when Moon-gwang and Geun-sae appear on screen. Through Kim Ki-taek’s personality change, the unkindness of president Park and his wife, the complexity within all the characters, the visual representation of the space, etc., the film stimulates the audience’s subconscious mind, triggers them to think on a deeper level. This is a type of effect only dark humor and irony can achieve. Nowadays, in order to make films that address social issues in the themes, a lot of writer-directors put humor and other entertaining elements in their films. Therefore, a lot of new art works addressing social issues came out in these recent years. In the ending of <Parasite>, the suspense of Kim Ki-woo rescuing Kim Ki-taek is a reflection to the classic difference in the society. Director Bong’s Parasite presents social issues on a deep level, leaves a great impact to the audience, and setsa great example for the new directors to learn how to utilize the expression of irony and dark humor in their works. 본 논문은 <기생충>에서 적용된 블랙 코미디와 아이러니 기법에 대한 분석으로 21세기에 여전히 존재하는 계층 간의 빈부격차라는 사회문제가 영화에서 어떻게 드러나고 있는지를 분석하는 데 목적을 두고 있다. 계층 간의 빈부격차 문제는 봉준호 감독의 작품에서 흔히 반영되는 주제이다. 특히 2019년에 개봉된 <기생충>은 이러한 사회문제를 주제로 제작한 영화 로서 수많은 국제영화제에서 중요한 상을 받으면서 세계적인 주목도 받았 다. 거시적인 측면에서 보면, 이처럼 큰 관심을 받을 수 있는 이유는, 빈 부격차가 이미 클로벌 문제로 부각되었기 때문이라 할 수 있다. 영화의 특성으로 보면 오랫동안 뉴스, 신문 등 매개를 통해 사회정보를 받는 사 람들에게 빈부격차가 추상적인 존재로 알려진다. 그러나 사회문제가 영화 와 융합되어 블랙 코미디, 아이러니의 기법을 사용하여 관객들로 하여금 이러한 사회적인 현실에 더 깊이 반성하게 해준다. 본론 부분에서 우선 블랙 코미디와 아이러니의 이론적 배경에 대해서 살펴보고 구조의 분석을 통해 영화 내용을 파악한다. 다음으로 영화에서 나타난 블랙 코미디 특징이 포함되는 장면을 정리해 어떤 의미가 드러나 고 있는지를 분석한다. 마지막으로 영화 속 인물의 의상, 행동, 대사, 또 한 공간의 세팅, 구도, 그리고 소도구, 극적인 아이러니에 대한 분석을 통 해 영화에서 아이러니의 기법을 어떻게 다루고 있는지를 밝히고자 한다. 봉준호 감독은 블랙 코미디와 아이러니 기법을 사용해 영화 서사에 흥 미를 부여하면서, 시나리오가 반영하는 현실에 대한 관객들의 깊은 반성 을 일으킨다. 영화에서 스토리의 반전으로 문광과 근세가 나타날 때부터 스릴러의 분위기가 드러난다. 기택의 성격 변화, 상류층으로서의 박 사장 과 연교의 위선한 모습, 그리고 모든 인물의 이중적인 행동, 공간의 세팅 등 요소는 관객들을 무의식적으로 자극해 준다. 현재 많은 작가주의 감독들은 사회의 시사성이 포함되는 영화를 만드는 목적으로 유머, 오락성이라는 요소를 영화에 추가한다. 이에 현재 시사성 과 오락성 특징이 강한 작품들은 영화계에서 폭넓게 나타나고 있다. 영화 의 마지막 부분에서 기우가 기택을 구하는 계획이 성공했는지를 열린 결 말을 통해서 보여줘 관객에게 스스로 고민하는 여운을 남기는 동시에 빈부격차의 문제가 언젠가 꼭 해결될 수 있다는 전망도 드러낸다. 봉준호 감독은 블랙 코미디, 아이러니 기법을 적용한 강한 영향력을 가지는 <기 생충>을 통해 사회문제를 고발하고, 많은 영화감독 후배들에게 뛰어난 학 습 자료를 제공해준다.

Bibliometric analysis of case reports in PubMed on parasite diseases using machine learning methods

이유원 서울대학교 대학원 2022 국내박사

Parasites are regarded as important pathogens of illness and deaths worldwide. In addition, the machine learning-based classification of PubMed abstracts has been studied, and several studies selected features according to the character of the research field in question. However, so far, no studies have been conducted regarding machine learning models that perform classification according to parasitic infection or diagnostic tools for parasitic disease. While case reports are noisy and uncontrolled, they are suitable for finding new diagnostic methods and are characterized by reliability when reported several times. In this study, I consider the possibility that machine learning models can make diagnostic classifications using case reports from PubMed. I extracted diagnosis-related words and patient information from abstracts of case reports on parasitic diseases published from 1956 to 2019 using text mining. The extracted data showed that the characteristics of different parasite classes are mentioned in the descriptions of diagnoses of parasitic diseases. These results were regarded as the basis for the use of case reports as training data for machine learning. I then considered the possibility of a machine learning model for classification using PubMed data. First, I evaluated the possibility of classification in terms of whether a patient has a parasitic disease. Next, I considered the possibility of classifying the diagnosis method according to the six types of diagnostic terms (biopsy, endoscopy, microscopy, molecular, radiology, and serology) included in the parasitic disease dataset. Then, I used two datasets: the classification for parasite-infected case dataset (N = 8748), which includes information about other diseases (cancer, Alzheimer, rheumatoid disease, and diabetes), and the classification for diagnosis method dataset (N = 3780). In the next step, I compared four machine learning models: the support vector machine, random forest, the multi-layered perceptron, and gradient boosting. To solve the data imbalance problem, the synthetic minority over-sampling technique and TomekLinks were used. In the parasite-infected case dataset, random forest, random forest with the synthetic minority over-sampling technique, gradient boosting, gradient boosting with the synthetic minority over-sampling technique, and gradient boosting with TomekLinks demonstrated the best performances (AUC: 79%). When classifying the diagnosis method dataset, gradient boosting with synthetic minority over-sampling technique was the best model (AUC: 87%). For diagnosis method classification, gradient boosting demonstrated the best performances for biopsy (AUC: 88%). For endoscopy (AUC: 94%), molecular (AUC: 90%), and radiology (AUC: 88%), gradient boosting with synthetic minority over-sampling technique demonstrated the best performance. Random forest demonstrated the best performances for microscopy (AUC: 82%) and serology (AUC: 85%). I calculated feature importance using gradient boosting; age was the feature with the greatest importance. The results demonstrate the possibility that machine learning techniques using PubMed data can serve as a promising classification tool for binary classification and multi-classification schemes. 기생충은 전세계적으로 질병과 사망의 중요한 원인균으로 간주된다. 또한 최근 PubMed의 초록을 분류하는 인공지능 기계학습에 대한 관심이 높아지고 있는데 반해 기생충 감염여부나 기생충 진단 도구를 중심으로 데이터를 분류할 수 있는 기계학습 모델 구축에 관한 연구는 충분히 고려되고 있지 않다. 이 연구에서 사용하는 환자 데이터베이스를 대체할 증례보고의 경우에도 정보의 질이 일정하지 않고, 보편적인 기생충 진단 데이터가 아닌 학계에 보고 가치가 있는 환자 증례를 다루기 때문에 인공지능 기계학습에 사용할 기초 데이터 베이스로서의 역할을 하기에는 제한점이 분명히 존재한다. 그러나 이는 오히려 증례에서 여러 번 보고된 검사법일수록 데이터베이스에 기록될 신뢰성을 가지는 데이터로 인정되기도 하여 현재 인공지능 기계학습 데이터로서 여러 연구에서 사용되어 오고 있다. 본 연구는 1956년부터 2019년까지 기생충 감염관련 증례보고의 초록을 PubMed에서 텍스트 마이닝을 이용하여 필요한 정보를 추출하고, 이를 바탕으로 기생충 질환 관련 PubMed 데이터 분류를 위한 기계학습 모델 구축의 가능성을 검토하였다. 우선 텍스트 마이닝을 이용하여 증례보고에서 제시한 기생충 진단법 단어들을 바탕으로 분석하였다. 그 결과 기존에 여러 문헌들을 통해 잘 알려져 있는 기생충 진단과 관련된 특징을 확인할 수 있었고, 이를 근거로 증례보고를 기계학습 모델의 데이터로 사용하였다. 이 기계학습 모델은 총 두가지 순서로 구성이 된다. 우선 문헌이 기생충 관련 질환 데이터인지 아닌지 구분할 수 있는 가능성에 대해 검토하였다. 그리고 기생충 관련 질환 데이터로 판단 이 된 경우 biopsy, endoscopy, microscopy, molecular, radiology, serology 중에서 어떠한 진단 방법을 사용한 데이터임을 분류할 수 있는지를 검토하였다. 이를 위해 기생충 감염 정보를 가진 데이터를 분류하기위한 데이터셋(N = 8748)과 진단법을 중심으로 분류하기 위한 데이터셋(N = 3780)을 만들었다. 기생충 감염 정보를 가진 데이터셋에는 비 기생충 질환 정보가 포함되어 있다(암, 알츠하이머, 류마티스, 당뇨). 이 연구에서는 support vector machine, random forest, multi-layered perceptron, gradient boosting의 기계학습 모델을 사용하였으며, 데이터 불균형 문제를 해결하기 위해 synthetic minority over-sampling technique와 TomekLinks를 이용하였다. 기생충 감염 여부를 분류하기 위한 데이터셋에서는 random forest, synthetic minority over-sampling technique가 적용된 random forest, gradient boosting, synthetic minority over-sampling technique가 적용된 gradient boosting, TomekLinks가 적용된 gradient boosting이 우수한 성능을 보여주었다(AUC: 79%). 진단법을 중심으로 분류하기 위한 데이터셋에서는 synthetic minority over-sampling technique가 적용된 gradient boosting 이 우수한 성능을 보여주었다(AUC: 87%). 각 클래스 별 예측에서 biopsy는 gradient boosting (AUC: 88%), endoscopy (AUC: 94%), molecular (AUC: 90%), radiology (AUC: 88%)는 synthetic minority over-sampling technique가 적용된 gradient boosting이, microscopy (AUC: 82%) 와 serology (AUC: 85%)에서는 random forest가 가장 우수한 성능을 보여주었다. Gradient boosting을 이용한 변수중요도에서는 연령이 가장 높은 중요도를 보여주었다. 본 연구는 환자 데이터베이스를 활용할 경우 기대되는 다양한 기계학습 정보들을 인공지능 모델에 접목할 수는 없었지만 환자 증례에서 제시하는 진단법은 세계 공통으로 기생충 진단에 활용되고 있는 진단법으로 간주될 수 있기에 본 연구의 목표인 PubMed 기생충 질환 증례보고 데이터 분류 인공지능 기계학습 모델 구축의 가능성을 검토하는 데이터로서는 PubMed 증례보고 기반 데이터를 활용하는 것이 가능하다는 판단을 얻을 수 있었다. PubMed 데이터를 이용한 다른 질환에 대한 인공지능 기계학습모델에서 활용된 데이터처럼 환자에 대한 정보, 지역, 나이, 증상, 그리고 성별과 같은 획일적인 데이터셋을 이용할 수 밖에 없는 제한점이 있기는 하나, 기계학습 모델이 기생충 질환 관련 PubMed 증례보고 데이터 분류에 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다는 점에서 본 연구의 의의가 있다.