Ученые выявили ключевой ген в передаче африканской сонной болезни, распространяемой укусом зараженных мух цеце, которые встречаются в Африке к югу от Сахары.
Сонная болезнь может быть смертельной, если ее не лечить, так как из кровотока она перемещается в центральную нервную систему. Десятки миллионов людей в 36 африканских странах находятся под угрозой заражения этой болезнью, для которой пока не разработали вакцину, в то время как обычные лекарственные препараты, которые включают производное мышьяка, устарели, не очень эффективны и имеют серьезные побочные эффекты.
Однако исследование Калифорнийского университета и Университета Берна (Швейцария), опубликованное в журнале Nature Communications, может привести к новым подходам к лечению этого заболевания. Также ученым удалось получить первое детальное понимание того, как паразит движется в организме мухи и какие гены позволяют ему это делать. Крошечный одноклеточный паразит, вызывающий африканскую сонную болезнь у людей и изнурительные заболевания у других млекопитающих, называется Trypanosoma brucei, или T. brucei: проходя через среднюю кишку мухи в ее слюнную железу, паразит через укус проникает в организм человека или животного.
В ходе своего исследования аспирант молекулярной биологии Калифорнийского университета Стефани ДеМарко (Stephanie DeMarco) и аспирант Бернского университета Себастьян Шоу (Sebastian Shaw) работали с двумя группами паразитов T. brucei. В одном наборе они произвели мутацию в одном из генов паразита, называемом фосфодиэстеразой-B1, или PDEB1. Затем они заразили каждую из двух тысяч мух цеце примерно 20 тысячью паразитами: половина мух получила кровь, содержащую нормальных паразитов T. brucei, а другая половина — кровь с мутированной версией.
Когда мухи цеце пьют инфицированную кровь, паразиты из крови обычно попадают в среднюю кишку, а затем — в ткань ближе к голове, называемую провентрикулюсом, прежде чем попасть в слюнные железы. Однако исследователи увидели поразительную разницу между двумя группами мух. Среди тех насекомых, что получили нормальных паразитов, те, у которых были паразиты в кишечнике, также имели паразитов в желудочке; но среди тысячи мух, получивших мутированного T. brucei, только одна муха, у которой были паразиты в кишечнике, также имела паразита в преджелудке.
«Обычные паразиты были в состоянии добраться до провентрикулюса, как и обычно, но в мутированной группе мы увидели только одного одинокого паразита, плавающего вокруг. Это говорит нам о том, что PDEB1 действительно играет важную роль для перемещения паразитов из средней кишки мухи в желудочек», — утверждает Демарко.
По словам Кента Хилла (Kent Hill), профессора микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики в Калифорнийском университете и одного из старших авторов исследования, эти результаты также свидетельствуют о наличии некоего барьера, препятствующего проникновению мутантов из средней кишки в желудочек.
Чтобы узнать, где находится этот барьер, ученые создали флуоресцентных паразитов и ввели в организм мух флуоресцентные красители, который окрасили ткани насекомого в разные цвета, что позволило исследователям отслеживать паразитов. Как выяснилось, чтобы перейти от средней кишки к желудочку, паразиты должны пересечь перитрофическую матрицу — пластинчатую структуру, производимую желудочком и защищающую среднюю кишку.
Как утверждает Демарко, нормальные паразиты смогли пройти сквозь перитрофическую матрицу очень хорошо, а основная часть мутантов застряла на одной стороне: то есть перитрофическая матрица и была тем самым барьером, который искали ученые.
Исследование впервые идентифицирует гены, которые позволяют паразитам чувствовать, где они находятся, и пережить свое путешествие в тканях мухи. Эти механизмы не были хорошо поняты до сих пор. Специалисты обнаружили еще один ключ к африканской сонной болезни: у паразитов с мутированным PDEB1 произошло резкое повышение количества циклических молекул AMP — сигнальных молекул, которые играют важную роль в болезни.
Без PDEB1 паразиты имеют слишком много циклического AMP в своих клетках и не могут общаться друг с другом. По словам Хилла, эти результаты могут применяться и к другим болезнетворным паразитам — например, тем, что вызывают болезнь Шагаса.
Автор: Дмитрий Мазалев