Як боротися з паразитами власними геномами

Нерівне навантаження: як пандемія COVID-19 збільшує навантаження на жінок

Коронавірус спричиняє "рекордне падіння" викидів викопного палива в 2020 році

Ось чому нам слід перевірити всіх на наявність COVID-19

“Анкилостоми заражають величезний відсоток людської популяції. Додавання чистої води та санітарії до найбільш постраждалих регіонів допомогло б покращити анкилостомів та низку інших паразитів, але оскільки це великі, складні проблеми, з якими важко вирішити ситуацію, нам також слід працювати над препаратами для їх лікування ”, - каже керівник дослідження Пол Стернберг, Томас Хант Морган, професор біології в Caltech і слідчий медичного інституту Говарда Хьюза.

Лікарські засоби розроблені для лікування інфекцій анкилостоми, але паразити почали виробляти стійкість до цих препаратів. В рамках пошуку нових ефективних препаратів Штернберг та його колеги дослідили геном виду анкілостомоза, відомого як Ancylostoma ceylanicum. Інші види анкилостомозних хробаків викликають більше захворювань серед людей, але A. ceylanicum викликав інтерес дослідників, оскільки він також заражає деякі види гризунів, які зазвичай використовуються для досліджень. Це означає, що дослідники можуть легко вивчити весь процес зараження паразитом всередині лабораторії.

Команда розпочала з секвенування всіх 313 мільйонів нуклеотидів геному A. ceylanicum, використовуючи можливості секвенування наступного покоління Лабораторії генетики та геноміки Мілларда та Мюріель Джейкобсів в Калтех. У послідовності наступного покоління велика кількість ДНК - наприклад, геном - відтворюється спочатку як багато дуже коротких послідовностей. Потім комп’ютерні програми поєднують загальні послідовності в коротких нитках, щоб укласти їх у набагато довші нитки.

"Правильне складання коротких послідовностей може бути порівняно складним аналізом, але ми маємо досвід секвенування геномів хробаків таким чином, тому ми досягли успіху", - каже Ігор Антошечкін, директор лабораторії Якобса.

Результати їх послідовності показали, що, хоча геном A. ceylanicum становить лише близько 10 відсотків від розміру людського геному, він насправді кодує щонайменше на 30 відсотків більше генів - загалом близько 30 000, у порівнянні з приблизно 20 000-23 000 в геномі людини. Однак із цих 30000 генів основні гени, які вмикаються спеціально, коли паразит руйнує свого господаря, є найбільш важливими для розробки потенційних препаратів для боротьби з глистом.

Штернберг та його колеги хотіли дізнатись більше про ці активні гени, тому вони дивились не на ДНК, а на РНК - генетичний матеріал, який генерується (або транскрибується) із матриці ДНК активних генів і з якого виробляються білки. Зокрема, вони досліджували РНК, що утворюється у хробаку A. ceylanicum під час зараження. Використовуючи цю РНК, команда виявила більше 900 генів, які вмикаються лише тоді, коли черв'як заражає свого господаря - включаючи 90 генів, які належать до ніколи раніше не охарактеризованого сімейства білків, що називаються генами, пов'язаними з активацією, секретованими білками, або ASPR.

"Якщо ви повернетесь і подивитесь на інших паразитичних черв'яків, ви помітите, що вони також мають ці ASPR", - говорить Штернберг. "Отже, в основному ми знайшли це нове сімейство білків, які є унікальними для паразитичних глистів, і вони пов'язані з цим процесом раннього зараження". Оскільки хробак виділяє ці білки ASPR на початку зараження, дослідники думають, що ці білки можуть блокувати початкову імунну відповідь господаря - запобігаючи згортанню крові господаря та забезпечуючи вільне джерело їжі для кровосисного паразита.

Якщо ASPRs необхідні для того, щоб цей паразит вторгся в хазяїна, тоді один день препарат, який націлений і знищує білки, може бути використаний для боротьби з паразитом. Однак, на жаль, це, мабуть, не все так просто, каже Штернберг.

«Якщо у нас є 90 цих ASPR, можливо, ліки позбавить лише декількох з них і зупинить інфекцію, але, можливо, вам доведеться позбутися всіх 90 з них, щоб вона спрацювала. І це проблема ", - каже він. "Потрібно набагато ретельніше вивчити, щоб зрозуміти функції цих ASPR, щоб ми могли націлитись на ті, які є ключовими регуляторними молекулами".

Препарати, націлені на ASPR, одного дня можуть бути використані для лікування цих паразитарних інфекцій, але ці білки також мають потенціал для анти-А. ceylanicum вакцини, які б запобігли зараженню цих паразитів господарем, додає Штернберг. Наприклад, якщо людині ін’єктували білкову вакцину ASPR перед поїздкою в схильний до зараження регіон, її імунна система може бути більш підготовленою до успішної боротьби з інфекцією.

"Паразитична інфекція - це баланс між паразитами, які намагаються придушити імунну систему, і господарем, який намагається напасти на паразита", - говорить Штернберг. "І ми сподіваємось, що, проаналізувавши геном, ми можемо виявити підказки, які можуть допомогти нам змінити цей баланс на користь господаря".

Ці висновки були опубліковані в роботі під назвою «Геном і транскриптом зоонозного анкілостома Ancylostoma ceylanicum ідентифікують специфічні для інфекції сімейства генів». Крім Стернберга та Антошечкіна, іншими співавторами є Еріх М. Шварц з Корнельського університету; та Ян Ху, Мелані Міллер та Раффі В. Ароян з UC San Diego. Роботи Штернберга фінансували Національний інститут охорони здоров’я та Медичний інститут Говарда Хьюза.

Ця стаття опублікована у співпраці з CalTech. Публікація не означає схвалення поглядів Світовим економічним форумом.

Автор: Джессіка Столлер-Конрад - наукова письменниця в Caltech

Зображення: Подвійна спіраль ДНК видно на недатованій ілюстрації художника. REUTERS/Національний науково-дослідний інститут геному людини.