Полногеномный скрининг токсоплазмы раскрывает механизмы паразитарных инфекций

Исследователи из Института Уайтхеда провели первый полногеномный скрининг у Apicomplexa — типа одноклеточных паразитов, вызывающих малярию, бабезиоз, криптоспоридиоз и токсоплазмоз. Скрининг проливает свет на обширные, неисследованные области геномов паразитов, обнаруживая, например, белок, общий для всех апикомплекс.

До сих пор не было эффективного метода изучения функции всех генов у этих паразитов. Учёные представили метод для оценки функции всего генома с помощью технологии CRISPR/Cas9. Этот подход можно использовать для изучения различных тем: от усвоения питательных веществ и реакции на иммунное давление до эпистаза и генетических взаимодействий.

По оценкам CDC, более 60 миллионов человек в США инфицированы T. gondii. Инфекция может вызывать серьёзные последствия у иммунокомпрометированных пациентов и приводить к патологиям плода при заражении во время беременности. Другой апикомплекс, Plasmodium falciparum, вызывающий малярию, в 2015 году убил более 400 000 человек.

T. gondii служит модельным организмом для исследования более смертоносной малярии. Однако исследования тормозились из-за невозможности быстро и эффективно «выключать» гены. Использование системы редактирования CRISPR/Cas9 ограничивалось токсичностью фермента Cas9. Чтобы преодолеть это, учёные создали «приманку» направляющую РНК, которая эффективно снижает гиперактивность Cas9 в геноме.

Используя эту «усмиренную» систему CRISPR/Cas9, исследователи смогли нарушить работу каждого из 8 158 генов T. gondii и изучить их индивидуальные функции. Подход выявил около 200 генов, присутствующих у всех апикомплекс, которые влияют на жизнеспособность паразитов при заражении клеток человека.

Один из этих генов кодирует белок, названный claudin-like apicomplexan microneme protein (CLAMP), который сильно влияет на вторжение паразита в клетки хозяина. Чтобы подтвердить его необходимость для другого апикомплекса, команда «выключила» этот белок в P. falciparum. Без функционального CLAMP малярийные паразиты не могли расти в эритроцитах.

Хотя полногеномная система CRISPR/Cas9 хорошо работает в T. gondii, аналогичная стратегия пока отсутствует для P. falciparum. Его геном богат аденином (A) и тимином (T), что затрудняет создание разрезов в нужных местах. Малярийные паразиты также лишены пути репарации ДНК — негомологичного соединения концов, что требует матрицы для репарации при использовании CRISPR/Cas9. Эти проблемы представляют техническое препятствие для подобных полногеномных подходов, делая Toxoplasma ещё более важной моделью для изучения малярии.

Теперь учёные могут начать изменять среду, в которой находятся паразиты, и наблюдать за их реакцией: добавлять лекарства, иммунные факторы или пробовать разные типы клеток для вторжения. Полногеномный скрининг можно провести за неделю, тогда как раньше на один ген уходил примерно месяц. Результаты исследования описаны в журнале Cell.