Новое исследование раскрывает механизмы адаптации малярийных паразитов к человеку
Исследование охарактеризовало факторы, которые заставляют паразита малярии Plasmodium falciparum направлять ресурсы либо на размножение (для максимизации передачи другим хозяевам), либо на репликацию (для выживания в текущем человеческом хозяине).
Результаты, опубликованные в eLife под руководством учёных из KEMRI-Wellcome Trust и Университета Глазго, проливают свет на адаптацию паразитов к изменяющейся среде внутри человека в результате изменения интенсивности передачи — меры уровня передачи паразита в конкретном районе.
Исследование показывает, что воспалительные реакции на инфекцию в организме человека при низкой интенсивности передачи связаны со снижением уровня химического соединения лизофосфатидилхолина (LPC) в плазме крови. Эти низкие уровни LPC связаны с увеличением инвестиций паразита в передачу другому хозяину за счёт усиления полового размножения и снижения бесполой репликации.
В 2021 году было зарегистрировано около 619 000 смертей и 247 миллионов случаев малярии. Для передачи от одного человека к другому паразит должен сначала попасть в комара. Это требует дифференцировки паразита в специализированные клетки — гаметоциты.
"P. falciparum имеет сложный жизненный цикл, включающий бесполую репликацию в крови человека и дифференцировку в гаметоциты, необходимые для передачи комарам", — поясняет ведущий автор Абдирахиман Абди.
Дифференцировка в гаметоциты связана с активацией гена ap2-g у паразита, но факторы, ведущие к этой активации, ранее не были хорошо охарактеризованы.
Чтобы восполнить этот пробел, авторы проанализировали данные 828 детей в Килифи (Кения) с тяжёлой, лёгкой и бессимптомной малярией в период с 1994 по 2014 год. Они изучили маркеры иммунного ответа и метаболизма хозяина, сравнив их с маркерами роста паразита и инвестиций в передачу.
В частности, исследовали два гена паразита: ap2-g (транскрипционный фактор, необходимый для активации гаметоцитов) и PfSir2a (сенсор окружающей среды, связанный с регуляцией антигенной вариации и репликации), а также маркер биомассы паразита.
Было обнаружено, что при более низкой интенсивности передачи ap2-g активируется с более высокой скоростью. Эта активация сильно коррелировала с повышенной активацией маркера гаметоцитов Pfs16. Уровни как ap2-g, так и PfSir2a увеличивались при лихорадке у хозяина, что говорит о чувствительности производства гаметоцитов к воспалительному иммунному ответу.
Ранее команда показала в экспериментальных условиях, что соединение LPC необходимо для бесполой репликации (и подавления производства гаметоцитов). Анализ плазмы крови подгруппы пациентов показал, что высокий уровень воспаления у хозяина связан с более низким уровнем LPC, что снижает доступность питательных веществ для репликации паразита.
Низкий уровень LPC также был связан с активацией ap2-g и повышенной экспрессией PfSir2a, что позволяет предположить, что P. falciparum способен ощущать уровни LPC.
Когда воспаление велико, а LPC истощён, паразит инвестирует в производство гаметоцитов, чтобы передаться комару и найти нового хозяина, поскольку гаметоциты требуют меньше питательных ресурсов и представляют более жизнеспособную стратегию выживания.
"Мы предлагаем модель, в которой снижение иммунитета хозяина и интенсивности передачи изменяет среду для паразита, что приводит к увеличению инвестиций паразита в передачу и ограничению репликации", — заключает старший автор Маттиас Марти.
Эти данные критически важны для точного моделирования динамики паразита, особенно при низкой интенсивности передачи. Это может помочь определить сроки успешной элиминации малярийных паразитов и также является аргументом в пользу потенциального использования гаметоцитоцидных препаратов после успешного снижения передачи.