Атлас клеток паразита тропической болезни может стать ключом к новым методам лечения
Исследователи из Института Сэнгера (Wellcome Sanger Institute) и их коллеги создали первый клеточный атлас важной стадии жизненного цикла паразитического червя Schistosoma mansoni, который ежегодно угрожает сотням миллионов людей.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, выявило 13 различных типов клеток у червя в начале его развития в опасного паразита, включая новые типы клеток в нервной и мышечной системах. Атлас представляет собой «инструкцию» для лучшего понимания биологии S. mansoni, которая позволит проводить исследования новых вакцин и методов лечения.
S. mansoni имеет сложный жизненный цикл, который начинается, когда личиночные формы паразита выходят из улиток в реки и озера. Затем эти личинки проникают в организм человека через кожу при контакте с зараженной водой. Попав внутрь тела, паразит начинает так называемую внутримлекопитающую стадию своего жизненного цикла, претерпевая ряд преобразований по мере созревания во взрослую особь.
Взрослые черви живут в кровеносных сосудах человека и размножаются, выпуская яйца, которые выводятся из организма в воду для продолжения цикла. Но некоторые яйца остаются в теле, вызывая заболевание шистосомоз.
Шистосомоз — это изнурительное хроническое заболевание, которое может привести к потере трудоспособности, повреждению органов и смерти. Ежегодно оно поражает сотни миллионов людей, в основном в странах Африки к югу от Сахары, и Всемирная организация здравоохранения (WHO) относит его к числу наиболее забытых тропических болезней. В настоящее время для лечения доступен только один препарат, но он не подходит для детей младшего возраста, и существует опасение, что чрезмерная зависимость от одного средства позволит паразитам развить устойчивость к нему.
Исследователи искали способы найти новые мишени для лекарств, но до сих пор не было детального понимания биологии паразита.
В этом новом исследовании была предпринята попытка картировать все клетки на первой внутримлекопитающей стадии паразита с помощью технологии одноклеточного секвенирования, которая идентифицирует различные типы клеток в организме или ткани.
Ученые из Института Сэнгера разделили паразитов ранней стадии на отдельные клетки и охарактеризовали их с помощью одноклеточного РНК-секвенирования. Затем данные были проанализированы для идентификации типов клеток в соответствии с генами, экспрессируемыми отдельными клетками, и их расположением в организме.
Команда идентифицировала 13 различных типов клеток, включая ранее неизвестные типы в нервной системе и паренхиматозной системе. Для генов, специфически экспрессируемых каждым типом клеток, были созданы индивидуальные флуоресцентные зонды. Ученые из Morgridge Institute for Research (США) затем использовали эти зонды, чтобы подтвердить положение обнаруженных клеток в целых паразитах под микроскопом.
Доктор Кармен Диас Сория, первый автор исследования из Института Сэнгера, сказала: «Хотя в последние годы были достигнуты значительные успехи в понимании Schistosoma mansoni, нам еще предстоит определить мишени, ведущие к созданию жизнеспособной вакцины. Одноклеточное РНК-секвенирование предоставляет совершенно новый уровень биологической детализации, включая ранее не идентифицированные типы клеток, что позволит нам лучше понять каждую клеточную популяцию паразита».
Чтобы найти новые мишени для лекарств, исследователи чаще всего ищут различия между патогеном и его хозяином-человеком. Однако S. mansoni в эволюционном плане гораздо ближе к нам, чем большинство основных паразитов, таких как возбудители малярии. Надеются, что эти результаты выявят участки генетического кода паразита, достаточно отличающиеся от наших собственных, чтобы стать жизнеспособными мишенями для лечения.
Доктор Джейхун Ли, первый автор исследования из Morgridge Institute for Research (Висконсин, США), сказал: «Мы обнаружили гены в мышечной системе Schistosoma mansoni, которые могут быть специфичны для шистосом. Поскольку они обнаружены у этих паразитов, но не у людей, они являются одной из возможных мишеней для лечения, выявленных в исследовании. Мышцы позволяют паразиту перемещаться по нашему телу, поэтому, если бы мы смогли затруднить эту способность, мы могли бы остановить его жизненный цикл до того, как произойдет размножение».
Авторы также пролили свет на паренхиматозную ткань S. mansoni — «заполняющую» ткань, которая соединяет все ткани паразита вместе. Предыдущим исследованиям было трудно изолировать паренхиматозные клетки для анализа. Клеточный атлас показал, что некоторые гены, важные для переваривания пищи паразитом, также связаны с паренхиматозной тканью. Нарушение процесса питания паразита путем воздействия на эти клетки может стать еще одним направлением для терапии.
Доктор Мэтт Берриман, старший автор статьи из Института Сэнгера, сказал: «Шистосомоз — одно из самых серьезных забытых паразитарных заболеваний, и более глубокое понимание биологии паразита поможет выявить уязвимости, которые однажды могут быть нацелены новыми методами лечения. Мы надеемся, что этот клеточный атлас для первой внутримлекопитающей стадии Schistosoma mansoni предоставит исследователям ценные подсказки, которые помогут ускорить разработку новых методов лечения и избавить сотни миллионов пострадавших людей от этого паразита».