Обнаружение уязвимости в страшном паразите Schistosoma

Шистосомоз — одно из самых опасных заболеваний для общественного здравоохранения в развивающихся странах, поражающее сотни миллионов людей. Для борьбы с ним существует лишь одно, ограниченное по действию, лечение.

Исследователи из Morgridge Institute for Research ищут новые потенциальные мишени, изучая клеточную биологию и биологию развития его источника — паразитического плоского червя Schistosoma.

Новая работа команды, опубликованная в журнале eLife, проливает свет на ключевые стадии жизненного цикла этого кровяного сосальщика. Учёные охарактеризовали несколько различных типов стволовых клеток, которые управляют сложным жизненным циклом паразита, а также идентифицировали ген, связанный с самым ранним развитием зародышевой линии, из которой формируются гаметы.

«Понимание того, как эти стволовые клетки управляют развитием каждой стадии жизненного цикла, в конечном итоге может помочь предотвратить передачу болезни», — говорит старший автор Филип Ньюмарк, исследователь Howard Hughes Medical Institute и Morgridge, профессор интегративной биологии в Университете Висконсин-Мэдисон.

Более 250 миллионов человек, в основном в Африке и Азии, страдают шистосомозом. Всемирная организация здравоохранения классифицирует его как самое смертоносное забытое тропическое заболевание, ежегодно уносящее около 280 000 жизней. У детей болезнь часто вызывает анемию, недоедание и серьёзные трудности в обучении.

Основным методом лечения является препарат Празиквантел. Он эффективен против взрослых червей в организме человека, но не действует на другие стадии жизненного цикла паразита, что оставляет людей уязвимыми для постоянного повторного заражения.

Жизненный цикл шистосом сложен: они проходят множество различных форм, перемещаясь от улиток к воде и человеку. Цикл начинается в загрязнённых пресноводных озёрах и прудах, где из яиц паразита, попавших с человеческими отходами, вылупляются микроскопические личинки, чья единственная задача — заразить определённый вид улитки.

Внутри улитки-хозяина паразит производит огромное количество потомства — церкарий. Эти быстро плавающие организмы с раздвоенным хвостом выходят в воду, откуда проникают через кожу человека, вызывая заражение.

После проникновения в кожу паразиты мигрируют в кровеносные сосуды и направляются к главной вене, питающей печень. Во время этого путешествия они реорганизуют свои ткани, а достигнув печени, начинают развивать репродуктивные органы, спариваются и превращаются во взрослых особей.

Команда исследовала малоизученные ранние стадии после заражения с помощью остроумного эксперимента, разработанного соавтором Джейхун "Джей" Ли, постдокторантом Morgridge в лаборатории Ньюмарка. Он смоделировал заражение в чашке Петри, позволив церкариям проникнуть через фрагмент кожи мыши в среду с другой стороны. Эта стратегия позволила ему изучить, когда и какие клетки первыми начинают делиться после заражения.

«У нас, как у учёных, не так много моментов "эврики" в жизни. Это был один из них», — говорит Ньюмарк.

В течение первых 22–36 часов после заражения они наблюдали пролиферацию пяти различных типов клеток; эти же стволовые клетки были упакованы в церкарии во время их развития внутри улитки. Эти клетки дают начало взрослым стволовым клеткам, инициируя развитие паразита во взрослого червя. Затем исследователи идентифицировали подмножество стволовых клеток, связанных с развитием репродуктивной системы.

«Мы очень рады этому, потому что это открывает ряд важных направлений исследований», — говорит Ньюмарк. «Препарат, используемый для борьбы с шистосомами, не действует на этой стадии заражения. Понимание того, что происходит в этот ранний период после заражения, критически важно, потому что это также время, когда паразиты должны быть наиболее уязвимы».

Ли говорит, что следующим шагом будет отслеживание судьбы этих пяти стволовых клеток по мере их дальнейшей дифференцировки и формирования тканей. «Мы хотим использовать это как дорожную карту, чтобы выяснить, что делают эти клетки», — говорит он.

Основное внимание лаборатории Ньюмарка было сосредоточено на изучении регенерации у планарий — удивительных плоских червей, способных регенерировать из мельчайших фрагментов тела. Они начали работу над шистосомами, «злыми кузенами» планарий, в 2009 году, применив десятилетия исследований биологии планарий для лучшего понимания их паразитических родственников.

Это пример того, как исследования на модельных организмах могут помочь найти решение для трагедии в области здоровья человека. «Это ещё один пример того, как фундаментальные исследования, движимые любопытством, могут привести к неожиданным результатам, и почему так важно поддерживать такую работу», — заключает Ньюмарк.