Nematolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside otrzymuje nagrodę NIH za badanie interakcji pasożyt-żywiciel

Nematolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside otrzymuje nagrodę NIH za badanie interakcji pasożyt-żywiciel

Aby zbadać, w jaki sposób pasożyty ewoluują, aby przełamać obronę żywicieli, Narodowy Instytut Zdrowia przyznał nematologowi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, Simonowi „Nielsowi” Groenowi, nagrodę dla najlepszego badacza o wartości 1,9 miliona dolarów.

Pasożyty glisty infekują ludzi, zwierzęta gospodarskie i uprawy. Dogłębne zrozumienie, dlaczego niektóre robaki mogą wymykać się ochronie immunologicznej żywiciela, może pomóc w zapobieganiu tykającej bombie zegarowej: malejącej skuteczności pestycydów i antybiotyków w walce z infekcjami.

Oporność bakterii, grzybów i pasożytów na leki i pestycydy utrudnia, a czasami uniemożliwia leczenie powszechnych infekcji, takich jak zapalenie płuc i gruźlica u ludzi, a także inwazji szkodników na uprawy. Międzynarodowe władze ds. zdrowia ostrzegają, że bez pilnych działań zmierzamy w przyszłość, w której drobne urazy i infekcje mogą być śmiertelne. Produkcja roślinna i zwierzęca również będzie napotykać coraz większe przeszkody.

Kiedy glisty infekują ludzi, zwierzęta lub rośliny, zaczynają wstrzykiwać białka ze swojej śliny do komórek gospodarza, aby stłumić odpowiedź immunologiczną. Procesy te są dość podobne u różnych żywicieli, co pozwala nam badać koewolucyjny wyścig zbrojeń między roślinami a pasożytniczymi robakami i wyciągać wnioski na temat ewolucji infekcji robakami u ludzi.

Simon „Niels” Groen, nematolog na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside

W ciągu najbliższych pięciu lat Groen wykorzysta fundusze na przeprowadzenie badania składającego się z dwóch części. W pierwszej części projektu zbadane zostaną setki roślin pomidorów i ryżu, zarówno tych uprawianych na farmach, jak i tych rosnących dziko. Nie są to rośliny sztucznie hodowane w celu uzyskania odporności. Groen zakłada jednak, że wiele z nich rozwinęło mechanizmy obronne przed zakaźnymi glistami, znanymi również jako nicienie.

„Te rośliny to naturalne laboratorium, w którym możemy powiązać ich geny i właściwości chemiczne korzeni z ich odpornością na infekcje robakami” – powiedział Groen.

„Dowiemy się o mechanizmach molekularnych, za pomocą których rośliny się bronią. Obejmuje to produkcję chemikaliów obronnych, z których część można zastosować jako nowe leki lub antybiotyki u ludzi i zwierząt gospodarskich” – powiedział Groen. „Możemy następnie udostępnić te informacje badaczom biomedycznym i hodowcom roślin”.

Ten aspekt projektu pomoże również zwiększyć bezpieczeństwo żywnościowe, szczególnie w tych częściach Afryki i Azji, gdzie nicienie stanowią problem dla rolników. Wiele badań przeprowadzono nad nadziemnymi szkodnikami owadzimi, ale mniej badań przeprowadzono pod ziemią, gdzie infekcje nicieniami wpływają na uprawy ważne z gospodarczego punktu widzenia.

„Nicienie są najbardziej niszczycielskim zagrożeniem dla soi. W przypadku ryżu i pomidorów nicienie mogą powodować straty w plonach sięgające nawet 20%. To oznacza, że ​​wiele osób obejdzie się bez jedzenia” – powiedział Groen.

W drugiej części projektu zespół badawczy zajmie się stroną równania związaną z nicieniami. „Jak ewoluują, aby przełamać opór roślin?” – zapytał Groena.

W pomidorach występuje gen Mi-1, który monitoruje wnętrze komórek roślinnych pod kątem nadchodzących ataków. W sposób, który nie jest jeszcze w pełni poznany, gen ten wyczuwa zbliżającą się infekcję nicieniami, co wyzwala skuteczną odpowiedź immunologiczną.

Mi-1 odkryto w dzikich pomidorach w latach czterdziestych XX wieku i od tego czasu hoduje się go w kalifornijskich zakładach przetwórstwa pomidorów, aby odstraszać nicienie. Groen wyjaśnił, że ten schemat hodowli poddaje nicienie kępkowate ogromnej presji selekcji naturalnej, aby pokonać odporność nadawaną przez gen.

Jednak coraz więcej rolników znajduje nicienie w rzekomo odpornych uprawach pomidorów. „Nie rozumiemy, jak przełamali opór. Czy udało im się to zrobić w jeden czy na wiele sposobów? Spróbujemy dowiedzieć się, na ile sposobów można oskórować kota z perspektywy nicienia” – powiedział Groen.

Dzięki specjalistom z UC Extension zespół Groena będzie mógł porównać geny robaków zebranych przed upowszechnieniem się oporności, a także geny robaków, którym udało się pokonać bariery odpornościowe rośliny.

Jedna z hipotez głosi, że gdy nicień przedostanie się do rośliny, wykorzystuje swoją ślinę do wstrzyknięcia białek mających różne cele w komórce gospodarza. Kiedy Mi-1, który unosi się w komórce, napotyka jedno z białek nicieni, wyzwala odpowiedź immunologiczną, która zabija robaka. Kiedy jednak robak przestaje wstrzykiwać to białko, Mi-1 nie wie, że najeźdźca przybył.

Istnieją białka receptorowe, takie jak Mi-1, które wyewoluowały podobnie u ludzi i monitorują komórki pod kątem nadchodzących ataków, a także dodatkowych procesów molekularnych, które są do siebie podobne u ludzi i roślin. Jednakże z etycznego i logistycznego punktu widzenia podczas badania infekcji u ludzi sensowne jest rozpoczęcie badań od roślin i nicieni.

„Robaki to tylko modelowy system do badania eliminacji oporności. Mogą jednak pomóc nam w znalezieniu nowych rozwiązań problemu oporności na pestycydy i antybiotyki” – powiedział Groen.

Źródła: