UC Riverside nematolog får NIH-pris för att studera parasit-värdinteraktioner

UC Riverside nematolog får NIH-pris för att studera parasit-värdinteraktioner

För att studera hur parasiter utvecklas för att bryta igenom sina värdars försvar, tilldelade National Institutes of Health nematologen Simon "Niels" Groen vid UC Riverside en Outstanding Investigator Award på 1,9 miljoner dollar.

Spolmaskparasiter infekterar människor, boskap och grödor. Insikter om varför vissa maskar kan undgå värdens immunförsvar kan hjälpa till att förhindra en tickande bomb: den minskande effektiviteten av bekämpningsmedel och antibiotika mot infektioner.

Bakterier, svampar och parasiters resistens mot läkemedel och bekämpningsmedel gör det svårare och ibland omöjligt att behandla vanliga infektioner som lunginflammation och tuberkulos hos människor, samt skadedjursangrepp i grödor. Internationella hälsomyndigheter varnar för att utan brådskande åtgärder går vi mot en framtid där mindre skador och infektioner kan vara dödliga. Växt- och djurproduktion kommer också att möta allt större hinder.

När rundmaskar infekterar människor, djur eller växter börjar de injicera proteiner från deras saliv i värdceller för att undertrycka immunsvaret. Dessa processer är ganska lika mellan värdar, vilket gör att vi kan studera samevolutionära kapprustning mellan växter och parasitmaskar och dra slutsatser om utvecklingen av maskinfektioner hos människor."

Simon "Niels" Groen, en nematolog vid UC Riverside

Under de kommande fem åren kommer Groen att använda medlen för att genomföra en studie i två delar. Den första delen av projektet kommer att studera hundratals tomat- och risplantor, både de som odlas på gårdar och de som växer i naturen. Dessa är inte växter artificiellt uppfödda för att uppnå immunitet. Groen antar dock att många av dem har utvecklat försvar mot smittsamma rundmaskar, även kända som nematoder.

"Dessa växter är ett naturligt laboratorium där vi kan koppla deras gener och kemiska egenskaper hos deras rötter till deras motståndskraft mot maskinfektioner," sa Groen.

"Vi kommer att lära oss om de molekylära mekanismer som växter försvarar sig med. Detta inkluderar produktion av försvarskemikalier, av vilka några kan användas som nya läkemedel eller antibiotika hos människor och boskap", säger Groen. "Vi kan sedan dela denna information med biomedicinska forskare och växtförädlare."

Denna aspekt av projektet kommer också att bidra till att öka livsmedelssäkerheten, särskilt i delar av Afrika och Asien där nematoder är ett problem för bönder. Mycket forskning har gjorts på ovanjordiska skadeinsekter, men mindre forskning har bedrivits under jord, där nematodinfektioner påverkar ekonomiskt viktiga grödor.

"Nematoder är det mest förödande hotet mot sojabönor. I ris och tomater kan nematoder orsaka avkastningsförluster på upp till 20%. Det är många människor som går utan mat," sa Groen.

I den andra delen av projektet kommer forskargruppen att ta upp nematodsidan av ekvationen. "Hur utvecklas de för att bryta växternas motstånd?" frågade Groen.

I tomater finns en gen, Mi-1, som övervakar insidan av växtceller för inkommande attacker. På ett sätt som ännu inte är helt förstått känner denna gen något om förestående nematodinfektioner som utlöser ett effektivt immunsvar.

Mi-1 upptäcktes i vilda tomater på 1940-talet och har sedan dess fötts upp i Kaliforniens tomatbearbetningsanläggningar för att hålla nematoder borta. Groen förklarade att detta avelsschema utsätter rotknutnematoder för ett enormt naturligt urvalstryck för att övervinna resistensen som genen ger.

Men allt fler bönder hittar nematoder i sina förment resistenta tomatgrödor. "Vi förstår inte hur de bröt motståndet. Finns det ett sätt eller flera sätt de kunde göra detta på? Vi ska försöka ta reda på hur många sätt det finns att flå en katt ur en nematods perspektiv", sa Groen.

Tack vare UC Extension-specialister kommer Groens team att kunna jämföra generna från maskar som samlades in innan resistens blev vanligare, liksom generna från maskar som lyckades övervinna växtens immunbarriärer.

En hypotes är att när nematoden penetrerar växten använder den sin saliv för att injicera proteiner som har olika mål i värdcellen. När Mi-1, som flyter runt i cellen, stöter på ett av dessa nematodproteiner utlöser det ett immunsvar som dödar masken. Men när masken slutar injicera detta protein vet Mi-1 inte att inkräktaren har anlänt.

Det finns receptorproteiner som Mi-1 som har utvecklats på liknande sätt hos människor och övervakar celler för inkommande attacker, samt ytterligare molekylära processer som liknar varandra hos människor och växter. Men ur ett etiskt och logistiskt perspektiv när man studerar mänskliga infektioner är det vettigt att börja denna forskning med växter och nematoder.

"Masmarna är bara ett modellsystem för att studera eliminering av resistens. Men de kan fortfarande hjälpa oss att hitta nya lösningar på resistens mot bekämpningsmedel och antibiotika", säger Groen.

Källor: