Крупнейшее исследование функции генов малярии выявило множество потенциальных мишеней для лекарств

Ученые из Института Сэнгера и их коллеги выяснили, что успех малярийного паразита обусловлен сокращением его генома до минимально необходимых генов. В первом крупномасштабном исследовании функции генов малярии ученые проанализировали более половины генов в геноме паразита и обнаружили, что две трети из них являются необходимыми для выживания — это самая большая доля жизненно важных генов среди всех изученных на сегодня организмов.

Результаты, опубликованные 13 июля в журнале Cell, выявляют множество потенциальных мишеней для разработки новых противомалярийных препаратов, что особенно важно для плохо изученного паразита, у которого устойчивость к лекарствам является серьезной проблемой.

Почти половина населения мира подвержена риску малярии, и ежегодно заражается более 200 миллионов человек. В 2015 году болезнь стала причиной смерти почти полумиллиона человек.

Генетику паразита, вызывающего малярию (Plasmodium), было сложно расшифровать. Плазмодии — древние организмы, и около половины их генов не имеют схожих генов (гомологов) ни у каких других организмов, что затрудняет понимание их функции. Это исследование впервые дает экспериментальные доказательства функции для большинства генов.

Ученые изучили гены одного вида малярии, Plasmodium berghei, которые экспрессировались на одной (кровяной) стадии его сложного жизненного цикла. В ходе работы был разработан новый метод для определения функции генов малярийного паразита. Команда выключила (нокаутировала) 2578 генов — более половины генома — и пометила каждый нокаут уникальным ДНК-штрихкодом.

Затем с помощью технологии секвенирования генома нового поколения ученые подсчитали эти штрихкоды, измерив таким образом рост каждого генетически модифицированного паразита. Если выключенный ген был не важен, количество паразитов резко возрастало, но если нокаутированный ген был необходим, паразит исчезал.

Доктор Оливер Билкер, соавтор исследования из Института Сэнгера: «Эта работа стала возможной благодаря новому методу, позволившему изучить более 2500 генов в одном исследовании — больше, чем вся научная общественность изучила за последние два десятилетия. Мы считаем, что этот метод можно использовать для глубокого понимания многих неизвестных аспектов биологии малярии и радикального ускорения изучения функции генов и определения приоритетных мишеней для лекарств».

Систематически было показано, что малярийный паразит может легко избавляться от генов, которые производят белки, выдающие его присутствие иммунной системе хозяина. Это создает проблемы для разработки вакцин против малярии, поскольку паразит может быстро изменить свой «внешний вид» для иммунной системы человека, что приводит к развитию устойчивости к вакцине.

Доктор Джулиан Рейнер, соавтор исследования из Института Сэнгера: «Из предыдущих работ мы знали, что на поверхности малярийного паразита много необязательных частей. Наше исследование показало, что под поверхностью паразит больше похож на гоночный автомобиль "Формулы-1", чем на неповоротливый минивэн. Паразит тонко настроен и сохраняет абсолютно необходимые гены для роста. Это и хорошо, и плохо: плохая новость в том, что он может легко избавиться от генов, на которые мы пытаемся нацелить вакцины, но обратная сторона — существует гораздо больше жизненно важных генов-мишеней для новых лекарств, чем мы думали ранее».

Доктор Франсиско Хавьер Гамо, директор отдела по малярии в GlaxoSmithKline: «Это исследование беспрецедентного масштаба выявило гораздо больше уникальных мишеней для лекарств от малярии. Священным Граалем было бы открытие генов, необходимых на всех стадиях жизненного цикла паразита. Если бы мы могли нацелить на них препараты, у малярии не осталось бы места, чтобы спрятаться. Технология, разработанная Институтом Сэнгера, дает нам возможность впервые систематически задавать такие вопросы».