Расшифровка эволюции малярии в реальном времени
Традиционные методы генетического секвенирования не могут выявить сырьё для эволюции — новые мутации — среди миллиардов отдельных паразитов в крови пациента.
«Чтобы понять, связаны ли паразиты друг с другом, произошли ли они от одного или нескольких укусов комаров и какие новые мутации возникают в инфекции, нужно опуститься до уровня индивидуального генома», — говорит доцент Ян Чизмен, со-руководитель программы «Взаимодействие хозяина и патогена» в Техасском биомедицинском исследовательском институте.
В журнале Cell Host & Microbe команда описывает комбинацию передовых методов, позволяющую секвенировать геномы индивидуальных паразитов из крови инфицированных пациентов, даже при очень низкой паразитемии (например, при бессимптомных инфекциях).
Зачем это нужно? Такой детальный взгляд на генетику и эволюцию малярийного плазмодия даст исследователям и фармкомпаниям информацию для разработки более эффективных методов лечения, вакцин или терапий.
- Малярия ежегодно заражает >200 млн человек, в 2019 году убив >400 000 (в основном детей).
- Два самых распространённых вида: Plasmodium falciparum (самый смертоносный) и Plasmodium vivax (основная причина рецидивирующих инфекций из-за способности «спать» в печени).
Метод: поиск иголки в стоге сена
Для P. vivax задача особенно сложна: выйдя из печени, он заражает только очень молодые эритроциты, и паразитов в крови крайне мало.
- Магнитная сепарация: Инфицированные эритроциты становятся слегка магнитными и отделяются от здоровых с помощью мощного магнита.
- Проточная цитометрия: Клетки анализируют лазером и флуоресцентными метками для подтверждения наличия ДНК паразита.
- Одиночное клеточное секвенирование: Клетки с ДНК паразита распределяют по одной в лунки и секвенируют геном каждого отдельного паразита.
Ключевое открытие: конвергентная эволюция
Сравнивая индивидуальные геномы, учёные могут точно определить родство паразитов и выявить единичные мутации (например, замену A на T), возникшие уже после заражения пациента.
Неожиданный результат: Новые мутации не были разбросаны случайно по геному. «Мы обнаружили, что они часто нацелены на семейство генов, контролирующих транскрипцию у малярийного плазмодия», — говорит Чизмен.
Самое удивительное: При сравнении данных по P. vivax (Таиланд) и P. falciparum (Малави) оказалось, что у обоих видов большинство новых мутаций приходится на одно и то же семейство транскрипционных генов.
«Когда мы видим одно и то же, происходящее независимо у разных видов, это пример конвергентной эволюции», — объясняет Чизмен. Схожие процессы, по-видимому, формируют сходные мутационные паттерны у видов, чей последний общий предок жил миллионы лет назад.
Что это значит?
Пока неизвестно, как эти мутации влияют на паразита, его выживание, устойчивость к лекарствам или патогенность. «Мы не знаем, что делают эти мутации. Но тот факт, что они нацелены на то, что считается довольно фундаментальной частью жизненного цикла паразита, интересен и заслуживает множества последующих исследований», — заключает Чизмен.