Учёные определили ключевой ген в передаче смертельной африканской сонной болезни
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и Бернского университета идентифицировали ключевой ген, необходимый для передачи африканской сонной болезни — тяжёлого заболевания, передающегося через укус инфицированной мухи цеце, распространённой в странах Африки к югу от Сахары.
Болезнь смертельна без лечения, так как вызывающий её паразит перемещается из кровотока в центральную нервную систему. Десятки миллионов человек в 36 африканских странах находятся в зоне риска. Вакцины не существует, а стандартные лекарственные методы лечения, включая производное мышьяка, устарели, не очень эффективны и имеют серьёзные побочные эффекты.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, может привести к новым подходам в лечении болезни. Оно также впервые даёт учёным детальное понимание того, как паразит перемещается внутри мухи и какие гены ему это позволяют.
Крошечный одноклеточный паразит, вызывающий африканскую сонную болезнь у людей и изнурительные заболевания у других млекопитающих, называется Trypanosoma brucei (T. brucei). Чтобы стать заразным, паразит должен пройти через ткани мухи — из средней кишки в слюнную железу, а затем в организм человека или другого животного через укус.
В исследовании Стефани ДеМарко (UCLA) и Себастьян Шоу (Бернский университет) работали с двумя группами паразитов T. brucei. В одной группе они внесли мутацию в один из генов паразита, называемый фосфодиэстеразой-B1 (PDEB1).
Затем они заразили 2000 мух цеце примерно по 20 000 паразитов каждая: половина мух получила кровь с нормальными паразитами T. brucei, а другая половина — кровь с мутантными версиями.
Когда мухи цеце пьют заражённую кровь, паразиты обычно перемещаются из средней кишки в ткань ближе к голове, называемую провентрикулусом, прежде чем попасть в слюнные железы.
Но исследователи обнаружили разительное отличие в провентрикулусе между двумя группами мух. Среди мух, получивших нормальных паразитов, у тех, у кого паразиты были в кишечнике, они также были и в провентрикулусе. Однако среди 1000 мух, получивших мутантный T. brucei, лишь у одной особи паразит был обнаружен и в кишечнике, и в провентрикулусе.
«Нормальные паразиты могли легко добраться до провентрикулуса, но у мутантов мы увидели только одного одинокого паразита, плавающего вокруг», — сказала ДеМарко. — «Это показало нам, что фосфодиэстераза-B1 действительно важна для перемещения паразитов из средней кишки мухи в провентрикулус».
Чтобы понять, где находится барьер для мутантов, учёные создали флуоресцентных паразитов и использовали флуоресцентный краситель, окрашивающий разные ткани мухи в разные цвета, что позволило отслеживать паразитов.
Чтобы попасть из средней кишки в провентрикулус, паразиты должны пересечь перитрофическую матрицу — листоподобную структуру, вырабатываемую провентрикулусом для защиты средней кишки.
«Мы обнаружили, что нормальные паразиты могли легко пройти через перитрофическую матрицу, а мутанты в основном застревали на одной её стороне», — сказала ДеМарко.
Это открытие указало, что перитрофическая матрица и является искомым барьером.
Исследование впервые определяет гены, которые позволяют паразитам чувствовать, где они находятся, и выживать во время путешествия по тканям мухи; эти механизмы до сих пор не были хорошо изучены.
«Мы думаем, что способ, которым паразиты воспринимают своё местоположение, может быть сходным как в мухах цеце, так и в млекопитающих — включая людей — когда они проходят через барьеры и ткани», — сказала соавтор Изабель Родити. — «Если это так, то потенциально может быть создано новое лекарство, нарушающее их способность это делать».
Исследователи также обнаружили ещё одну подсказку: у паразитов с мутировавшей PDEB1 наблюдалось резкое увеличение количества молекул циклического АМФ (цАМФ) — сигнальных молекул, играющих важную роль в развитии болезни.
Нормальные паразиты социальны и координируют своё поведение. Однако исследование показало, что без PDEB1 в клетках паразитов становится слишком много цАМФ, и они не могут общаться друг с другом.
«Когда Себастьян и Стефани избавились от PDEB1, паразиты оказались переполнены циклическим АМФ», — сказал Хилл. — «Затем, когда поступал сигнал: "Вы в желудке, и вам нужно двигаться", они не могли его "услышать". Мы думаем, что в этом и заключается проблема для мутантных паразитов».
Новые данные этого исследования могут быть применимы и к другим болезнетворным паразитам. Например, T. brucei родственны паразитам, встречающимся в США и других регионах и вызывающим болезнь Шагаса, при которой паразиты вторгаются в ткань сердца, приводя к воспалению, увеличению сердца и, в некоторых случаях, к сердечной недостаточности.
Исследование Хилла финансировалось Национальными институтами здравоохранения США (NIAID и NIGMS). Исследование Родити финансировалось Швейцарским национальным научным фондом и Медицинским институтом Говарда Хьюза.