Атлас активности генов малярийного паразита открывает новые мишени для лекарств и вакцин

Исследователи детально картировали генетические изменения, которые претерпевает малярийный паразит, готовясь к заражению человека.

Атлас с беспрецедентной клеточной детализацией описывает развитие паразита Plasmodium falciparum внутри комара и его подготовку к инфицированию человека через укус. Это исследование может привести к новым способам блокировки ключевых стадий развития паразита и предотвращения его передачи с помощью будущих лекарств или вакцин.

Комары становятся всё более устойчивыми к инсектицидам, а паразит, вызывающий малярию, — к противомалярийным препаратам. Это создало острую необходимость в новых способах борьбы с малярией, которая в 2019 году вызвала около 229 миллионов случаев заболевания и 409 000 смертей, большинство из которых — дети в странах Африки к югу от Сахары.

Чтобы оживить усилия по поиску лекарств и вакцин, команда из лаборатории профессора Джейка Баума в Имперском колледже Лондона и лаборатории доктора Мары Лавничак из Института Сэнгера детально изучила паразита P. falciparum. Их результаты опубликованы в Nature Communications.

P. falciparum развивается в средней кишке комара, а затем перемещается в его слюнные железы, готовясь инфицировать человека при укусе. На этих этапах паразит проходит множество стадий, важных для его развития и способности к передаче, включая превращение в разные формы.

Команда отследила, как контролируются эти стадии, анализируя активность генов на протяжении всего процесса. Они выделили разные формы паразита и создали 1467 «транскриптомов» — карт того, какие гены в отдельных клетках включены или выключены на разных стадиях.

Когда гены включены, они инструктируют клетку производить разные белки и запускают изменения в развитии, например, заставляют паразита покинуть среднюю кишку и колонизировать слюнную железу комара или перемещаться через клетки человека к печени, где паразит готовится к вторжению в новые клетки.

Понимание того, как эти процессы работают на клеточном уровне, открывает исследователям новые мишени, которые можно заблокировать, чтобы остановить развитие и предотвратить передачу паразита.

Доктор Элиана Реал: «Наши новые данные, полученные непосредственно на паразите, заражающем человека, имеют прямое значение для контроля над малярией, где растёт фокус на стратегиях блокирования передачи — как с помощью лекарств, убивающих паразита при переходе между стадиями, так и защитных вакцин. Понимание транскрипционного поведения паразитов в организме комара-переносчика создаёт основу для новых стратегий».

Помимо изучения всего цикла передачи, команда сосредоточилась на стадии спорозоита — формы, попадающей в кожу человека при укусе комара. Они отсортировали паразитов из комара во время их развития и выделили спорозоиты после инфекционного укуса, когда они взаимодействуют с клетками кожи человека. Это позволило обнаружить специфические паттерны экспрессии генов, определяющие каждую из критических стадий этих процессов.

Доктор Вирджиния Ховик: «Такая детализация позволяет нам отслеживать процессы развития спорозоитов и предлагать новые механистические мишени, важные для каждого этапа, а также будущие мишени для вакцин, блокирующих заражение малярией».

Команда также смогла сравнить свои данные с аналогичным набором от родственного паразита Plasmodium berghei (грызуньей малярии), который часто используется как модель для изучения болезни в лаборатории. Это показало, какие гены общие для видов, а какие специфичны для человеческой версии паразита.

Доктор Фарах Дахалан: «Такой уровень наблюдения за генами на уровне отдельных паразитов на протяжении всего жизненного цикла станет бесценным ресурсом для исследователей, чтобы открыть ранее не изученные элементы клеточной биологии Plasmodium, сравнительной биологии видов Plasmodium и разработать методы контроля, нацеленные на определённые пути, или заложить основы для улучшения вакцин».

Исследователи сделали все свои данные доступными на интерактивном сайте, где можно легко и бесплатно просмотреть транскрипционный профиль любого гена на любой стадии жизненного цикла Plasmodium.