Британские ученые выяснили, как одновременно снизить эффективность проникновения в клетки возбудителей малярии и их дальнейший рост, а также как при малярии происходит разрушение красных кровяных телец.
В перспективе полученные данные позволят блокировать и выход плазмодиев из эритроцитов, предотвращая развитие болезни. Статьи опубликованы в eLife и в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Малярийный плазмодий относится к редким паразитам, способным проникать внутрь эритроцитов — красных клеток крови, ответственных за транспорт кислорода и углекислого газа по кровеносным сосудам. В течение своего жизненного цикла плазмодии проходят несколько стадий, переходя от своего основного хозяина, малярийного комара из рода Anopheles, к промежуточному хозяину — позвоночному животному. Известно по крайней мере пять видов плазмодиев, способных заражать человеческий организм. Малярия считается самой опасной инфекционной болезнью в мире. В 2015 году было зарегистрировано 214 миллионов случаев заболевания малярией. Каждый год от нее погибает около полумиллиона людей, и практически все смертельные случаи вызваны видом Plasmodium falciparum.
Попав вместе с укусом комара в кровь человека, плазмодий сначала отправляется в клетки печени, где проходит несколько циклов размножения. Через две недели образовавшиеся поколения, которые называются мерозоитами, выходят обратно в кровеносные сосуды. Мерозоиты внедряются в эритроциты и интенсивно размножаются внутри них, после чего эритроциты разрываются, а высвободившиеся мерозоиты сразу же ищут себе новые. Эта стадия повторяется несколько раз, что приводит к лавинообразному увеличению численности мерозоитов. Клинические симптомы малярии, такие как высокая температура и озноб, приурочены к прорыву инфицированных эритроцитов. Некоторые из мерозоитов развиваются в незрелые половые клетки, которые попадают в организм следующего комара при очередном укусе.
Ученые из института Фрэнсиса Крика показали, что для того, чтобы эффективно размножаться и расти внутри эритроцитов, мерозоитам Plasmodium falciparum требуется работа белка RhopH3. Он является частью трехбелкового комплекса Rhop, который входит в состав специальных структур плазмодия, которые называются роптрии и располагаются на его передней части в апикальном комплексе. Роптрии состоят из шейки и головки, причем компоненты головки уникальны и имеются только у данного рода, а компоненты шейки практически идентичны таковым у токсоплазмы — другого паразита с апикальным комплексом. Известно, что роптрии, по-видимому, участвуют как в прикреплении плазмодия к эритроциту, так и в дальнейшей его адаптации к размножению внутри него, однако функции большинства структурных компонентов роптрий до сих пор не были изучены.
Предыдущие попытки внесения мутации в гены роптрий традиционными методами геномной инженерии оказались неэффективными. В новом эксперименте ученые воспользовались недавно адаптированной для работы с плазмодиями системой редактирования генома CRISPR-Cas9 и успешно подвергли мутагенезу ген, кодирующий белок RhopH3, внеся вставки по краям самого консервативного (а значит, вероятнее всего, самого важного) его участка, а затем удалив вставки уже вместе с ним. Это предотвратило правильное формирование комплекса Rhop, в результате чего способность мерозоитов заражать эритроциты значительно снизилась.
Кроме этого, было известно, что для эффективного роста плазмодию требуется создание специальных анионных каналов (PSAC) в мембране эритроцита, за счет которых усиливается приток необходимых ему для размножения питательных веществ. Подвергнутые мутагенезу мерозоиты, которые все-таки попали в клетки, не могли создавать такие каналы и умирали.
Большинство антибиотиков, отмечают ученые, направлены на предотвращение роста паразитов внутри клеток. Паразиты все быстрее учатся приспосабливаться к ним, вырабатывая резистентность к самым разным типам веществ. Белок RhopH3 удивительным образом участвует как в проникновении паразита в клетку, так и в его адаптации к росту внутри нее. Полученные данные в перспективе могут помочь в разработке лекарств, которые будут блокировать оба этих процесса.
В параллельном исследовании, проведенном в Королевском колледже Лондона и в Лондонском университете, ученые подробно изучили процесс выхода мерозоитов из эритроцитов. Паразитические клетки внутри эритроцита находятся в специальной построенной ими вакуоли. Используя методы визуализации клеток было показано, что мембрана вакуоли вначале становится заметно проницаемой, и лишь затем распадается на части. Через две минуты после этого весь цитоскелет эритроцита разрушается практически в одно мгновение. Исследователи полагают, что дальнейшее исследование контроля этих процессов может позволить научиться блокировать их, запирая паразитические организмы внутри клеток крови и не давая им перейти в следующую стадию.
Поиск эффективного средства для борьбы с малярией — актуальная проблема, и редактирование генома с CRISPR-Cas9 может здесь дать ответы на многие вопросы. Недавно мы рассказывали, что с помощью этого же метода ученые создали генетически модифицированных комаров, устойчивых к заражению плазмодием и способных заменить в популяции дикие виды.
Автор: Анна Казнадзей