UC Riverside nematoloog ontvangt NIH-prijs voor het bestuderen van interacties tussen parasieten en gastheren

UC Riverside nematoloog ontvangt NIH-prijs voor het bestuderen van interacties tussen parasieten en gastheren

Om te bestuderen hoe parasieten evolueren om de verdediging van hun gastheren te doorbreken, heeft de National Institutes of Health aan UC Riverside-nematoloog Simon "Niels" Groen een Outstanding Investigator Award van $ 1,9 miljoen toegekend.

Spoelwormparasieten infecteren mensen, vee en gewassen. Inzichten in waarom bepaalde wormen de immuunbescherming van de gastheer kunnen omzeilen, kunnen een tikkende tijdbom helpen voorkomen: de afnemende effectiviteit van pesticiden en antibiotica tegen infecties.

De resistentie van bacteriën, schimmels en parasieten tegen medicijnen en pesticiden maakt het moeilijker en soms onmogelijk om veelvoorkomende infecties zoals longontsteking en tuberculose bij mensen, evenals plagen in gewassen, te behandelen. Internationale gezondheidsautoriteiten waarschuwen dat we zonder dringende actie op weg zijn naar een toekomst waarin kleine verwondingen en infecties fataal kunnen zijn. Ook de productie van planten en dieren zal met toenemende hindernissen worden geconfronteerd.

Wanneer spoelwormen mensen, dieren of planten infecteren, beginnen ze eiwitten uit hun speeksel in de gastheercellen te injecteren om de immuunrespons te onderdrukken. Deze processen zijn vrij gelijkaardig tussen gastheren, waardoor we co-evolutionaire wapenwedlopen tussen planten en parasitaire wormen kunnen bestuderen en conclusies kunnen trekken over de evolutie van worminfecties bij mensen.”

Simon “Niels” Groen, een nematoloog bij UC Riverside

De komende vijf jaar gaat Groen met het geld een onderzoek uitvoeren in twee delen. Het eerste deel van het project zal honderden tomaten- en rijstplanten bestuderen, zowel planten die op boerderijen groeien als planten die in het wild groeien. Dit zijn geen planten die kunstmatig zijn gekweekt om immuniteit te bereiken. Groen gaat er echter van uit dat velen van hen een verdedigingsmechanisme hebben ontwikkeld tegen besmettelijke rondwormen, ook wel nematoden genoemd.

“Deze planten zijn een natuurlijk laboratorium waarin we hun genen en chemische eigenschappen van hun wortels kunnen koppelen aan hun weerstand tegen worminfecties”, aldus Groen.

"We zullen leren over de moleculaire mechanismen waarmee planten zichzelf verdedigen. Dit omvat de productie van verdedigingschemicaliën, waarvan sommige kunnen worden gebruikt als nieuwe medicijnen of antibiotica bij mensen en vee", aldus Groen. “Deze informatie kunnen we vervolgens delen met biomedische onderzoekers en plantenveredelaars.”

Dit aspect van het project zal ook de voedselzekerheid helpen vergroten, vooral in delen van Afrika en Azië waar nematoden een probleem vormen voor boeren. Er is veel onderzoek gedaan naar bovengrondse insectenplagen, maar minder onderzoek is ondergronds gedaan, waar nematodeninfecties economisch belangrijke gewassen aantasten.

"Nematoden vormen de meest verwoestende bedreiging voor sojabonen. In rijst en tomaten kunnen nematoden opbrengstverliezen tot wel 20% veroorzaken. Dat betekent dat veel mensen zonder voedsel zitten", aldus Groen.

In het tweede deel van het project zal het onderzoeksteam de nematodenkant van de vergelijking aanpakken. “Hoe evolueren ze om de weerstand van de planten te doorbreken?” vroeg Groen.

In tomaten zit een gen, Mi-1, dat de binnenkant van plantencellen controleert op inkomende aanvallen. Op een manier die nog niet volledig wordt begrepen, voelt dit gen iets over dreigende nematodeninfecties, wat een effectieve immuunrespons teweegbrengt.

Mi-1 werd in de jaren veertig ontdekt in wilde tomaten en wordt sindsdien gekweekt in tomatenverwerkingsfabrieken in Californië om nematoden weg te houden. Groen legde uit dat dit kweekprogramma wortelknobbelaaltjes onderwerpt aan een enorme natuurlijke selectiedruk om de resistentie van het gen te overwinnen.

Maar steeds meer boeren vinden nematoden in hun zogenaamd resistente tomatengewassen. "We begrijpen niet hoe ze de weerstand hebben doorbroken. Is er één of meerdere manieren waarop ze dit hebben kunnen doen? We gaan proberen uit te vinden hoeveel manieren er zijn om een ​​kat te villen vanuit het perspectief van een nematode," zei Groen.

Dankzij de specialisten van UC Extension kan het team van Groen de genen van wormen vergelijken die zijn verzameld voordat resistentie vaker voorkwam, evenals de genen van wormen die erin slaagden de immuunbarrières van de plant te overwinnen.

Eén hypothese is dat wanneer de nematode de plant binnendringt, hij zijn speeksel gebruikt om eiwitten te injecteren die verschillende doelwitten in de gastheercel hebben. Wanneer Mi-1, die in de cel rondzweeft, een van deze nematode-eiwitten tegenkomt, veroorzaakt dit een immuunreactie die de worm doodt. Wanneer de worm echter stopt met het injecteren van dit eiwit, weet Mi-1 niet dat de indringer is gearriveerd.

Er zijn receptoreiwitten zoals Mi-1 die zich bij mensen op dezelfde manier hebben ontwikkeld en cellen controleren op inkomende aanvallen, evenals aanvullende moleculaire processen die bij mensen en planten vergelijkbaar zijn. Vanuit ethisch en logistiek perspectief is het bij het bestuderen van menselijke infecties echter zinvol om dit onderzoek te beginnen met planten en nematoden.

“De wormen zijn slechts een modelsysteem om de eliminatie van resistentie te bestuderen. Maar ze kunnen ons nog steeds helpen nieuwe oplossingen te vinden voor resistentie tegen pesticiden en antibiotica”, aldus Groen.

Bronnen: