Даже сегодня есть все еще риск, что малярия могла быть повторно введена в Соединенные Штаты и Европу, где малярия была в основном уничтожена 1950-ми. Однако почти половина населения в мире – 3,3 миллиарда человек – в настоящее время живут в 106 странах и территориях, которые подвергаются риску передачи малярии, по данным американских Центров по контролю и профилактике заболеваний. Всемирная организация здравоохранения оценивает, что было 207 миллионов случаев малярии и 627 000 смертельных случаев во всем мире в 2012.
Приблизительно 77 процентов из убитых были детьми моложе 5.Малярия вызвана одноклеточными паразитами плазмодия.
Чтобы пережить и воспроизвести, у этих паразитов есть довольно сложный жизненный цикл, который включает три главных этапа. Во-первых, после того, как человек укушен несущим паразита москитом есть начальная инфекция в печени, сопровождаемой длительной стадией эритроцита, где клинические симптомы болезни малярии происходят, и наконец стадия москита, которая требуется, чтобы передавать паразитов другим людям. Все три этапа важны для паразита к полностью полному его жизненный цикл развития. Удивительно, главная форма стадии кровяного русла паразита, который вызывает ужасные циклы интенсивных лихорадок, связанных с малярией в людях, не может быть передана москитам.
Для передачи москита, чтобы произойти, сексуальная форма gametocytes, которые структурно отличны и имеют совсем другую программу гена и выражения белка, должна формироваться все время в крови на 2-дневном цикле. Однако паразиты малярии производят только небольшое количество сексуальных паразитов за цикл – обоюдоострая стратегия паразита, который, зато, гарантирует его выживание в течение сухих сезонов, когда москиты редки, но на вниз сторона также представляет потенциально уязвимое узкое горло.
То, как паразиты «решают» произвести сексуальные стадии, было тайной, которая озадачивала исследователей малярии в течение многих лет.«Потрясающие возможности теперь предстоят в будущем для нахождения эффективного способа сломать цепь передачи малярии, препятствуя тому, чтобы паразит малярии закончил его полный жизненный цикл», сказал Мануэль Ллинас, адъюнкт-профессор биохимии и молекулярной биологии в Университете Государственного университета Пенсильвании.
Ллинас – лидер международной команды ученых, работа которых, описывающая их исследование, будет опубликована в журнале Nature на Прогрессе веб-сайт Публикации Онлайн, www.nature.com 23 февраля 2014 наряду со второй статьей, которая описывает связанную работу во главе с Энди Уотерсом (Университет г. Глазго) и Оливер Биллкер (Институт Wellcome Trust Sanger). Обе рукописи детализируют роль того же самого транскрипционного регулятора AP2-G с удивительно подобными результатами – несмотря на то, что различные группы работали с двумя очень разнообразными паразитами малярии: плазмодий falciparum, который вызывает самую серьезную форму человеческой малярии и плазмодия berghei, обычно используемый образцовый паразит, заражающий грызунов.«Это сексуально-этапное узкое место – соблазнительная цель вмешательств, чтобы предотвратить это сравнительно маленькое, все же критическое количество сексуальных паразитов от формирования.
Если сексуальные формы паразита никогда не будут развиваться в крови зараженного человека, то ни один не войдет в пищеварительный тракт москита, и москит не будет в состоянии заразить кого-либо еще малярией». Ллинас сказал.
Исследование во главе с Ллинасом было начато экспериментами от группы Альфреда Кортеса в барселонском Центре Международного Исследования в области здравоохранения, в котором у отдельных человеческих клонов паразита малярии от единственного напряжения, как находили, были переменные уровни транскрипционного регулятора AP2-G, который отразил переменные уровни сексуальной стадии (gametocyte) производство. «Результаты были удивительны, потому что мы сочли огромные различия в числе сексуально-этапных паразитов произведенными различными клеточными линиями», сказал Ллинас. Одна клеточная линия произвела в десять раз больше, чем любые из других, наиболее произведенных очень немногие, и некоторые не произвели ни один вообще. Дальнейшие эксперименты продолжали показывать, что фактический уровень сексуально-этапных паразитов, произведенных каждым клоном паразита, соответствовал пропорции отдельных клеток, определенно производящих белок AP2-G. «Наши результаты отлично коррелируют выражение ap2-g гена с числом сексуально-этапных сформированных паразитов малярии».
Ллинас сказал.Поскольку все эти паразиты разделяют идентичную ДНК или организацию генетического материала, все же потомки отдельных клеток производят существенно отличающееся число сексуально-этапных паразитов, Ллинас сказал, что «мы подозреваем, что что-то вне генов – что-то другое, чем мутация в последовательности ДНК – управляет развитием сексуально-этапных паразитов». Исследование предполагает, что это явление не закодировано непосредственно в ДНК паразита, а скорее в других «эпигенетических» различиях между паразитами.
На самом деле Ллинас сказал, «предыдущая работа определила, что сильная, подавляющая, эпигенетическая модификация гистона присутствует в ap2-g гене и нескольких других местоположениях в геноме паразита малярии». Кортес добавил: «Много лет мы знали, что паразиты малярии используют эпигенетические механизмы, чтобы уклониться от иммунных реакций от человеческого хозяина.
Теперь мы знаем, что эпигенетические механизмы также регулируют много других важных процессов в биологии паразита малярии, включая сексуальное дифференцирование."Когда ученые обнаруживают белок, такой как AP2-G, который регулирует биологический процесс, типичный следующий вопрос: и что другой белок управляет этим регулятором? «Красивый аспект наших результатов – то, что нам не нужен регулятор по разведке и добыче нефти и газа для AP2-G. Вместо этого AP2-G может быть активирован эпигенетическими механизмами, дающими вероятное объяснение того, как сексуальное преобразование низкого уровня вызвано», говорит Кортес.
В том, что было первоначально отдельной линией расследования, Дэвид Бейкер и Таан Кларк и коллеги в лондонской Школе Гигиены & Тропической Медицины и Института Wellcome Trust Sanger проанализировали последовательности целого генома двух P. falciparum лабораторные напряжения, которые они знали, были неспособны произвести gametocytes. Замечательно, они нашли, что единственный видоизмененный, нефункциональный ген, характерный для обоих напряжений, был ap2-g геном.
Дэвид Бейкер сказал, что «больше 20 лет моя лаборатория интересовалась идентификацией гена паразита малярии, лежащего в основе выключателя к сексуальному развитию, и наконец ap2-g местоположение, под эпигенетическим контролем, обнаружилось».В параллельном исследовании групп Уотерса и Биллкера разъедающие паразиты малярии, которые в конечном счете потеряли их способность произвести сексуально-этапных паразитов, были отобраны в течение года в лаборатории (где стадия москита не требуется). Используя упорядочивание следующего поколения, чтобы определить основные мутации, вызывающие эти эффекты, группы нашли, что единственный общий подозреваемый был снова ap2-g геном – ген, который кодирует для производства белка AP2-G.Чтобы подтвердить эти наблюдения, оба исследования отключили ap2-g ген, сократив его из генома, чтобы удалить его функцию из паразита, и паразиты, которыми управляют, действительно потеряли способность произвести сексуально-этапных паразитов.
Кроме того, паразиты возвратили способность сделать gametocytes, когда видоизмененный ген у отобранных разъедающих паразитов малярии был восстановлен через генотерапию. Объединенный с другими экспериментами, результаты показали, что сексуально-этапные паразиты малярии произведены только, когда белок AP2-G находится в хорошем рабочем состоянии. «Наше исследование продемонстрировало недвусмысленно, что белок транскрипционного фактора AP2-G важен для щелкания выключателем, который начинает преобразование паразитов малярии в крови от асексуальной сцены до критической сексуальной стадии их жизненного цикла», сказал Ллинас.Исследователи соглашаются, что эти открытия увлекательны для будущего исследования малярии.
Клетки, которые заставляют AP2-G войти в сексуальное развитие, что-то, чем группы теперь в состоянии управлять экспериментально. «Это открывает способ развивать испытание, чтобы проверить на эффективные наркотики, которые могли отключить приверженность сексуальному развитию и предотвратить передачу», комментирует Уотерс.Биллкер добавляет, что «открытие AP2-G теперь дает нам новую отправную точку, чтобы разработать, как сложный жизненный цикл паразитов малярии отрегулирован белками в клетках паразита. Это может даже позволить нам управлять развитием паразита в лаборатории».
Новая способность к культуре, много сексуально-этапных паразитов малярии повысит усилия развивать сексуально-этапную вакцину, которая помогла бы зараженному человеку предпринять иммунные ответные меры, чтобы препятствовать тому, чтобы их паразиты малярии были переданы москиту – эффективно окончание жизненного цикла для группы того человека паразитов малярии. «С помощью технологий следующего поколения, которые мы и другие исследователи малярии теперь используем, мы оптимистичны относительно большего количества открытий для борьбы с малярией, которая могла скоро произойти – даже в течение следующих 5 лет», сказал Ллинас.