Nấm ký sinh cụn trựng cú thể xõm nhiễm vào cơ thể cụn trựng qua con đường hụ hấp, tiờu húa hoặc qua cơ quan sinh dục, nhưng phần lớn là qua lớp vỏ cuticun của chỳng. Tức là phải cú sự tiếp xỳc của bào tử nấm và bề mặt cơ thể ký chủ. Bào tử nấm bỏm vào bề mặt cơ thể ký chủ, khi đủ điều kiện ẩm độ bào tử mọc mầm và xõm nhiễm vào bờn trong cơ thể cụn trựng qua lớp kitin.
Cỏc loài cụn trựng dễ bị nhiễm EPF thuộc cỏc bộ: Coleoptera, Diptera, Homoptera, Hymenoptera và Lepidoptera. Việc cỏc loài cụn trựng bị nấm xõm nhiễm là một cơ sở chứng tỏ mối quan hệ chặt chẽ giữa cụn trựng và thực vật.
Nấm xõm nhiễm vào cơ thể cụn trựng gồm 3 giai đoạn chớnh: - Giai đoạn xõm nhập:
Tớnh từ khi bào tử nấm mọc mầm đến lỳc hoàn thành việc xõm nhập vào trong xoang cơ thể cụn trựng. Bào tử là cấu trỳc gõy nhiễm của nấm. Trong tất cả cỏc nhúm vi sinh vật gõy bệnh cho động vật khụng xương sống, nấm là nhúm duy nhất gõy nhiễm qua lớp vỏ cuticun. EPF sử dụng kết hợp enzym và tỏc động cơ học để xõm nhập qua lớp cuticun. Lớp biểu bỡ ngoài cựng (thành phần lipit) là hàng rào ngăn cản đầu tiờn của cụn trựng mà nấm phải vượt qua trong quỏ trỡnh xõm nhiễm vào cơ thể của chỳng. Cỏc chuỗi axit bộo bóo hũa, như axit caprylic đó được tỡm thấy, chỳng cú tỏc dụng ngăn cản sự nảy mầm của bào tử nấm. Phớa dưới lớp lipit dày là thành phần kitin liờn kết chặt chẽ với protein.
Cỏc bào tử nấm cú thể xõm nhập qua lớp vỏ cuticun bằng nhiều cỏch. Sự bỏm dớnh trực tiếp hay giỏn tiếp của bào tử là yếu tố đầu tiờn gúp phần cho việc xõm nhiễm thành cụng của nấm vào cơ thể ký chủ. Ở B. bassiana, M. anisopliae
và Isaria spp. cú dạng bào tử khụ, cỏc bào tử này phỏt tỏn trong khụng khớ hoặc cú thể tỡm thấy ở cơ thể cụn trựng chết. Một số bào tử cú chất nhầy phủ bờn ngoài giỳp chỳng phõn tỏn trong nước, như bào tử đớnh của Aschersonia spp., hoặc giỳp chỳng dớnh chặt vào cơ thể cụn trựng, như bào tử của Hirsutella citriformis. Bào tử động của loài thuộc Chytridiomycota cú thể bơi và bỏm dớnh chặt vào ký chủ trong nước; ascospore của loài Cordyceps sp. cú khả năng phỏt tỏn thụng qua hoạt động phúng cỏc ascospore từ asci của chỳng. Đối với hầu hết cỏc loại nấm bất toàn, chỳng thớch nghi với hoạt động bỏm dớnh giỏn tiếp của bào tử. Cỏc bào tử bỏm dớnh vào ký chủ phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động của giú và nước.
Cỏc bào tử được tạo ra bởi EPF cú sự thớch nghi với cả hại dạng bỏm dớnh và chỳng cú khả năng bỏm dớnh để đõm xuyờn vào bờn trong cơ thể cụn trựng qua lớp da. Đặc biệt, cú hại dạng bào tử của EPF là bào tử khụ và bào tử ướt. Cỏc bào tử ướt bỏm dớnh vào lớp da cụn trựng nhờ lớp màng nhầy bao quanh bào tử, trong khi cỏc bào tử khụ bỏm dớnh vào lớp da cụn trựng nhờ sự kết hợp của lực hỳt tĩnh điện và tỏc nhõn liờn kết húa học (như lipoprotein), chất này tạo thuận lợi cho việc bỏm dớnh với cỏc lớp da kỵ nước, lớp da cú bản chất lipit bờn ngoài cơ thể cụn trựng. Hầu hết cỏc loài nấm cú dạng bào tử khụ này sản xuất dạng bào tử nhỏ, nhẹ và dễ
phỏt tỏn trong khụng trung. Vỡ vậy, sự bỏm dớnh xảy ra ngẫu nhiờn và cơ hội lõy nhiễm thành cụng phụ thuộc lớn vào điều kiện khớ hậu, mật độ ký chủ và lượng khỏng thể cú trong cơ thể ký chủ.
Bào tử nấm sau khi mọc mầm phỏt sinh mầm bệnh, nú giải phúng cỏc enzym ngoại bào tương ứng với cỏc thành phần chớnh của lớp vỏ cuticun của cụn trựng để phõn hủy lớp vỏ này như: Protease, chitinase, lipase, aminopeptidase, carboxypeptidase A, esterase, N-axetylglucosaminidase, cenlulase. Cỏc enzym này được tạo ra một cỏch nhanh chúng, liờn tục và với mức độ khỏc nhau giữa cỏc loài và thậm chớ ngay trong một loài.
Enzym protease và chitinase hỡnh thành trờn cơ thể cụn trựng, tham gia phõn hủy lớp da cụn trựng (cuticula) và lớp biểu bỡ (thành phần chớnh là protein). Lipase, cenlulase và cỏc enzym khỏc cũng là những enzym cú vai trũ khụng kộm phần quan trọng. Nhưng quan trọng hơn cả vẫn là enzym phõn hủy protein (protease) và kitin (chitinase) của cụn trựng. Hai enzym này cú liờn quan trực tiếp đến hiệu lực diệt cụn trựng của EPF (Dẫn theo Hà Thị Quyến và cs., 2005 [12, tr. 401-405]; Tạ Kim Chỉnh và cs., 2005 [35, tr. 433-436]; Charnley và cs., 1991 [53, tr. 267-286]; Eguchi , 1992 [60, tr. 93-95]; Janet Jennifer và cs., 2006 [68, tr. 10-12]; Leger và cs., 1986 [73, tr. 85-95]).
- Giai đoạn phỏt triển của nấm trong cơ thể cụn trựng đến khi cụn trựng chết:
Đõy là giai đoạn sống ký sinh của EPF. Trong xoang cơ thể cụn trựng nấm tiếp tục phỏt triển, hỡnh thành rất nhiều sợi nấm ngắn. Khi hệ sợi nấm được hỡnh thành trong cơ thể, nú phõn tỏn khắp cơ thể theo dịch mỏu, phỏ hủy cỏc tế bào mỏu và làm giảm tốc độ lưu thụng mỏu. Toàn bộ cỏc bộ phận nội quan của cụn trựng bị xõm nhập. Nấm thường xõm nhập vào khớ quản làm suy yếu hụ hấp. Hoạt động của cụn trựng trở nờn chậm chạp và phản ứng kộm với cỏc tỏc nhõn kớch thớch bờn ngoài. Kết quả là hệ thống miễn dịch của ký chủ mất tỏc dụng, chỳng khụng cũn khả năng kiểm soỏt hoạt động sống và dẫn đến chết (Dẫn theo Phạm Văn Lầm, 2000 [28, tr. 35-36]; David Pramer, 1965 [56, tr. 382-387]).
Đõy là giai đoạn sống hoại sinh của EPF. Xỏc cụn trựng chết là nguồn dinh dưỡng cú giỏ trị cho cỏc vi sinh vật. Thụng thường, cỏc bộ phận bờn trong cơ thể cụn trựng sẽ bị phõn hủy bởi vi khuẩn hoại sinh. Trờn bề mặt ngoài của cơ thể cụn trựng, cỏc nấm hoại sinh như Aspergillus spp., Penicillium spp. và Fusarium spp. định cư ở lớp biểu bỡ và cạnh tranh với vi khuẩn ở bờn trong cơ thể cụn trựng. Do EPF cú khả năng sản xuất ra cỏc chất cú hoạt tớnh như thuốc khỏng sinh ức chế hoạt động của vi khuẩn và nấm hoại sinh khỏc nờn chỳng cú thể cạnh tranh với cỏc sinh vật này để tồn tại và phỏt triển, làm cho xỏc ký chủ khụng bị phõn hủy.
Sau khi nấm cụn trựng đó sử dụng cạn kiệt nguồn dinh dưỡng bờn trong cơ thể cụn trựng, nú chuyển sang giai đoạn hỡnh thành bào tử.
Ở giai đoạn xõm nhiễm vào bờn trong cơ thể cụn trựng, nấm sử dụng cỏc enzym ngoại bào để phõn hủy lớp vỏ cuticun. Khỏc với giai đoạn này, ở giai đoạn nấm đõm xuyờn, mọc thành sợi ra bờn ngoài, nú sử dụng toàn bộ tỏc động cơ học. Sau đú cỏc bào tử được hỡnh thành trờn lớp sợi nấm ở bề mặt cơ thể ký chủ. Nhiều cụn trựng bị bao bọc toàn bộ bờn ngoài bởi hệ sợi nấm và cỏc bào tử, vỡ vậy mà rất khú hoặc khụng thể xỏc định cỏc ký chủ (Dẫn theo Janet Jennifer và cs., 2006) [68, tr. 12].
Thomas M. B., Read A. F. (2007) [86, tr. 377 - 383], nờu sơ đồ xõm nhiễm của nấm ký sinh cụn trựng vào cơ thể ký chủ (Hỡnh 1.1).
Theo Thomas M. B., Read A. F., chu kỳ phỏt triển của EPF, như nấm
Beauveria bassiana và Metarhizium anisopliae gồm cỏc giai đoạn: Bào tử đớnh tiếp xỳc với tầng cuticun của lớp vỏ ký chủ. Bào tử nảy mầm và sinh sản hỡnh thành vũi và giỏc bỏm (cấu trỳc cơ quan xõm nhập).
Hỡnh 1.1. Cơ chế xõm nhiễm của nấm ký sinh cụn trựng
Nguồn: Thomas M.B. & Read A.F. (2007), Can fungal biopesticides control malaria ? Nature Microbiology Reviews 5, pp. 377-383).
Sự xõm nhập của bào tử đớnh là sự tổ hợp của sức ộp cơ học và sự tỏc động của enzim phõn giải tầng cuticun. Quỏ trỡnh sinh trưởng bờn trong xoang mỏu cơ thể ký chủ và sự sinh sản của bào tử đớnh làm ký chủ bị chết. Tầng cuticun của vỏ cơ thể ký chủ là tầng chống chịu đầu tiờn trong việc bảo vệ chống lại sự xõm nhiễm của nấm và nú cú vai trũ quyết định tớnh chuyờn húa đặc hiệu của nấm. Nếu nấm phỏ vỡ được tầng cuticun thỡ sự xõm nhiễm thành cụng, sau đú phụ thuộc vào khả năng chiến thắng được phản ứng miễn dịch bẩm sinh ở cụn trựng của nấm. Cỏc loài cụn trựng cú thể phản ứng lại sự xõm nhiễm này của nấm bằng cả hai phương thức là tế bào và thể dịch. Sự hỡnh thành hoạt động miễn dịch càng sớm ở điểm phõn giải bào tử đớnh trong suốt quỏ trỡnh xõm nhập. Cỏc loài nấm núi chung đều cú hai phương thức để chiến thắng cỏc phản ứng tự vệ của ký chủ: Sự phỏt triển của cỏc dạng sinh trưởng giai đoạn tiềm ẩn là sự ngụy trang hữu hiệu từ cỏc phản ứng tự vệ của cụn trựng và sự sản xuất ra cỏc chất miễn dịch phõn húa thuận nghịch của bộ phận ức chế hệ thống bảo vệ.