Более глубокое понимание полового развития малярийного паразита открывает возможности для блокирования распространения болезни

Впервые стадии развития самого смертоносного для человека малярийного паразита были картированы с высоким разрешением, что позволило исследователям понять этого постоянно адаптирующегося противника более детально, чем когда-либо прежде.

Исследование, опубликованное в Science, детализирует критические стадии развития малярийного паразита Plasmodium falciparum с использованием секвенирования РНК единичных клеток (single-cell RNA sequencing). Это дает подробную информацию о жизненных стадиях паразита по мере его созревания, когда он меняется от бесполого состояния к половому, что необходимо перед передачей паразита комарам.

Исследование из Института Сэнгера Wellcome, Центра исследований и обучения малярии (MRTC) в Мали и других партнеров дополняет свободно доступный Атлас клеток малярии (Malaria Cell Atlas). Атлас предоставляет информацию для исследователей по всему миру для изучения и создания инструментов отслеживания болезни.

Новые данные, доступные через Атлас клеток малярии, также могут помочь определить новые способы блокировки развития паразита, включая новые лекарства или вакцины, способные предотвратить передачу.

Малярия — опасное для жизни заболевание: по оценкам, в 2022 году было зарегистрировано 249 миллионов случаев и 608 000 смертей. Ее вызывает паразит Plasmodium, причем P. falciparum — самый смертоносный тип и наиболее распространенный на африканском континенте.

P. falciparum — одноклеточный паразит, который быстро эволюционирует, что затрудняет создание долговечных и эффективных средств диагностики, лекарств и вакцин. Малярийные паразиты обладают огромным генетическим разнообразием, и люди часто инфицированы несколькими разными штаммами. В Мали около 80% инфицированных малярией людей являются носителями нескольких генетически различных штаммов паразита.

В организме человека малярийные паразиты существуют либо в бесполой, либо в половой форме. Бесполое размножение в человеке вызывает симптомы малярии, но для передачи паразиты должны развиться и превратиться в мужские или женские репродуктивные клетки, называемые гаметоцитами.

Половое превращение и развитие контролируются факторами транскрипции — белками, регулирующими активность генов. Зрелые половые формы паразита циркулируют в кровотоке, пока не будут поглощены комарами.

В новом исследовании ученые из Института Сэнгера Wellcome и MRTC в Мали использовали как длинное, так и короткое секвенирование РНК единичных клеток, чтобы картировать стадии полового развития P. falciparum в лаборатории. Это позволило отслеживать уровни экспрессии генов и выделить гены, задействованные на каждом этапе процесса.

Затем команда применила этот подход к паразитам из образцов крови, взятых у четырех человек с естественной малярийной инфекцией в Мали. Впервые эти технологии были применены к штаммам из реальных инфекций с таким высоким разрешением.

Сравнивая лабораторные данные с данными естественной инфекции, исследователи обнаружили типы клеток паразита, ранее не наблюдавшееся в лабораторных штаммах, что подчеркивает важность реальных данных.

Команда сравнила разные природные штаммы P. falciparum у каждого донора, чтобы идентифицировать гены, представляющие интерес.

Некоторые из генов, сверхэкспрессированных у определенных штаммов на стадиях полового развития, участвуют в выживании паразита в комаре, включая один, играющий роль в подавлении иммунитета комара. Следующим шагом будет оценка влияния этих генов на передачу.

Джесси Роп, соавтор исследования из Института Сэнгера Wellcome: «Впервые мы смогли картировать стадии полового развития малярийных паразитов как в лабораторных, так и в природных штаммах, что позволило глубже понять их сходства и различия. Наше исследование выявило новую биологию, присутствующую в природных штаммах, которая не наблюдается в лабораторных, улучшив наше понимание того, как малярия развивается и распространяется».

Доктор Сунил Догга, соавтор исследования из Института Сэнгера Wellcome: «Наше исследование дополняет растущий Атлас клеток малярии, предоставляя высококачественный открытый геномный ресурс для исследователей по всему миру. Этот высокоразрешающий атлас может быть использован учеными для четкого понимания изучаемых ими генов, объединения исследовательских усилий и более эффективного предотвращения, контроля и лечения малярии. Только совместная работа научного сообщества позволит нам успешно контролировать и лечить малярию».

Профессор Абдулай Джимде, соавтор из Центра исследований и обучения малярии, Университет Бамако, Мали: «Малярия оказывает огромное глобальное воздействие, затрагивая миллионы людей каждый год, а попытки контролировать и лечить болезнь быстро преодолеваются паразитом. Понимание жизненного цикла паразита, задействованных генов и факторов, которые ими управляют, может иметь жизненно важное значение для текущих исследований малярии. Наша работа выделяет ключевые точки в половом развитии паразита, нацеливание на которые в будущей разработке лекарств могло бы разорвать цикл передачи и помочь минимизировать распространение».

Доктор Мара Лавничак, старший автор из Института Сэнгера Wellcome: «Этот новый фокус проекта Атлас клеток малярии на естественных инфекциях совпадает с первым использованием противомалярийных вакцин и продолжающимся ростом лекарственной устойчивости. Секвенирование РНК единичных клеток дает нам окно в использование генов паразита, недоступное другими подходами, а также обеспечивает гораздо более четкое понимание того, насколько генетически разнообразны паразиты, даже у одного человека. Атлас клеток малярии — это ресурс, который, мы надеемся, будет все более полезным на пути к ликвидации малярии».