Шпионаж за малярийными паразитами при -196 °C
Международная команда учёных под руководством постдока Сергея Капишникова из Института Нильса Бора, объединив две передовые микроскопические техники, получила новую информацию о разрушительном механизме действия малярийных паразитов. Эти данные можно использовать для разработки более эффективных лекарств против малярии — болезни, ежегодно уносящей более 400 000 жизней, в основном младенцев.
Исследование, результаты которого опубликованы в Scientific Reports, стало результатом сотрудничества научных учреждений Дании, Германии, Швейцарии, Испании и Израиля.
Метод: заморозка и 3D-визуализация
Учёные заразили человеческие эритроциты малярийными паразитами Plasmodium falciparum (наиболее опасный вид) и поместили инфицированные клетки в жидкий азот при -196 °C. Это «мгновенно заморозило» все биологические процессы, позволив детально изучить паразитов.
Для исследования использовались две техники на синхротронных установках:
- Рентгеновская флуоресцентная микроскопия (XRF)
- Томография на мягком рентгеновском излучении (SXT)
Их комбинация позволила создать 3D-изображения паразитов внутри эритроцитов и впервые детально рассмотреть процесс кристаллизации гема.
Ключевое открытие: обезвреживание яда
Паразиты, размножаясь в эритроцитах, разрушают гемоглобин. Побочный продукт этого процесса — гем (железосодержащая часть молекулы) — высокотоксичен для самих паразитов. Известно, что они обезвреживают его, кристаллизуя, но детали процесса оставались неясны.
Новое исследование показало точную локализацию гема в паразитах и детали процесса кристаллизации. Учёные выдвигают гипотезу о существовании механизма обратной связи, который контролирует скорость переваривания гемоглобина и, следовательно, высвобождения токсичного гема.
Перспектива для новых лекарств
Это открывает два потенциальных пути для создания новых противомалярийных препаратов:
- Создание лекарства, нацеленного на этот механизм, чтобы ускорить высвобождение гемоглобина до такой степени, что паразиты не успеют кристаллизовать гем и погибнут от собственного токсичного «мусора».
- Манипулирование специфическим белком, который, как предполагается, облегчает переход между выведением гема и его кристаллизацией. Эти исследования запланированы на ближайшее будущее в сотрудничестве с американскими коллегами.
Логистический вызов
Для экспериментов было отобрано восемь идеальных инфицированных клеток без повреждений и с тонким ледяным слоем. На всём протяжении исследований — от отбора до завершения — образцы необходимо было постоянно хранить при -196 °C. Их транспортировка между странами-участницами требовала специальных контейнеров и согласований с властями.