Новая вакцина от малярии нацелена на комплекс оплодотворения паразита для блокировки передачи
Исследователи WEHI впервые визуализировали ключевой белковый комплекс у малярийных паразитов, обнаружив новую мишень для вакцин следующего поколения, которые могут помочь остановить распространение болезни.
С помощью передовой крио-электронной микроскопии команда получила первую детальную структуру белкового комплекса, необходимого для оплодотворения малярийного паразита.
Это открытие, опубликованное в Science, привело к разработке перспективного нового кандидата в мРНК-вакцины, который останавливает размножение паразита внутри комаров, разрывая цикл передачи до того, как он достигнет человека. Исследование озаглавлено "Cryo-EM structure of endogenous Plasmodium falciparum Pfs230 and Pfs48/45 fertilization complex".
Малярия остается одним из самых смертоносных инфекционных заболеваний в мире, ежегодно унося более 600 000 жизней.
Визуализация репродуктивного механизма малярии
Уже много лет ученым известно, что два ключевых белка, появляющихся на поверхности малярийного паразита, Pfs230 и Pfs48/45, важны для передачи болезни.
Ведущий исследователь доктор Мелани Дитрих заявила, что новое исследование впервые показало, как эти белки взаимодействуют, — выявив новую мишень для вакцины.
"Наш подход структурной биологии был ключевым. Используя крио-электронную микроскопию, мы смогли визуализировать полный комплекс оплодотворения непосредственно из паразита — а не лабораторную версию", — сказала доктор Дитрих, научный сотрудник WEHI.
"Это дало нам четкую картину того, как этот комплекс оплодотворения действительно выглядит в природе, и выявило ранее неизвестную область, критически важную для процесса, открыв мощную новую мишень для вакцины".
Ведущий исследователь профессор Вай-Хонг Тхам отметила, что, получив комплекс оплодотворения непосредственно от паразита, команда выявила точные точки контакта, которые делают передачу возможной.
"Мы использовали эти данные для разработки вакцины, которая показала большие перспективы в нацеливании на эти точки контакта", — сказала профессор Тхам, руководитель лаборатории WEHI.
"Чтобы ликвидировать малярию, нам нужно остановить передачу. Этот кандидат в вакцины может стать одним из элементов этой головоломки".
От структурного понимания к инновациям в вакцинах
В отличие от многих исследований структурной биологии, которые полагаются на белки, созданные в лаборатории из бактериальных, насекомых или клеток млекопитающих, новое исследование успешно очистило комплекс оплодотворения непосредственно от малярийных паразитов. Этот технически сложный подход гарантирует, что структура отражает свою истинную биологическую форму.
Исследование выявило критические точки контакта для связывания белков Pfs230 и Pfs48/45. Когда их удаляли у генетически модифицированных паразитов, оплодотворение не происходило и передача блокировалась, что указало на новую мишень для вакцины.
Основываясь на структурном открытии, команда разработала вакцину следующего поколения на основе мРНК, которая была создана в сотрудничестве с центром mRNA Core в Институте фармацевтических наук Монаша (MIPS).
В доклинических исследованиях вакцина вызывала высокий уровень антител, которые распознавали паразита и блокировали передачу комарам до 99,7%.
Профессор Колин Путон из MIPS заявил, что для его команды это была захватывающая возможность использовать свой опыт в разработке мРНК-вакцин для решения важной новой задачи в вакцинации против малярии.
"Опираясь на опыт через mRNA Core, команда MIPS переключила внимание на решение новой задачи в вакцинации против малярии", — сказал профессор Путон.
"Успех программы вакцины против малярии иллюстрирует универсальность технологии мРНК, которая имеет множество применений помимо вакцин против COVID. Было особенно приятно работать над этим проектом с командой WEHI, расположенной в том же районе Парквилл, где общий опыт помог разработать новый подход к профилактике малярии".
Уязвимая стадия жизненного цикла паразита
Нацеливание на паразита внутри комара дает стратегическое преимущество из-за так называемого популяционного "бутылочного горлышка".
Хотя малярийные паразиты многочисленны в организме человека-хозяина, лишь небольшая часть развивается в половые формы и успешно оплодотворяется внутри комара. Это "бутылочное горлышко" означает, что даже умеренное сокращение численности паразитов на этой стадии может существенно повлиять на передачу.
Вакцины, блокирующие передачу, — такие как разработанная в этом исследовании, нацеленная на малярийного паразита внутри комара, — предлагают стратегический способ остановить распространение малярии там, где его численность наименьшая, а жизненный цикл наиболее уязвим.
Многостадийная стратегия на пути к ликвидации
Команда рассматривает мРНК-вакцину как часть многостадийной стратегии, нацеленной на паразита как в комаре, так и в организме человека-хозяина.
Комбинируя вакцины, блокирующие передачу, с теми, которые действуют на стадиях в крови или печени у людей, исследователи надеются создать комплексную защиту, которая может значительно снизить бремя малярии и приблизиться к ее ликвидации.
Профессор Тхам отметила, что сотрудничество между WEHI и MIPS подчеркивает силу Мельбурнского биомедицинского кластера и потенциал технологии мРНК для быстрого превращения фундаментальной науки в инновации в области вакцин.
"Возможность разрабатывать, создавать и тестировать кандидаты в вакцины в рамках единой исследовательской экосистемы ускорила путь от открытия к доклинической валидации", — сказала она.