Изследователите откриват как entamoeba histolytica идентифицира имунната система

Изследователите откриват как entamoeba histolytica идентифицира имунната система

Едноклетъчният паразитEntamoeba histolyticaЗаразява 50 милиона души всяка година и убива близо 70 000. Обикновено тази лоша, променяща формата си амеба не причинява нищо по-лошо от диария. Но понякога причинява сериозно, дори фатално заболяване, като причинява язви в дебелото черво, втечнява части от черния дроб и нахлува в мозъка и белите дробове.

Може да убие всичко, което хвърлите по него, всеки тип човешка клетка. “

Катрин Ралстън, доцент, Катедра по микробиология и молекулярна генетика

E. histolyticaможе дори да избегне имунната система - и може да убие белите кръвни клетки, които трябва да се борят срещу тях.

Учените се борят да разберат как прави това. Но в нов документ, публикуван в майския брой наТенденции в паразитологиятаРалстън и нейната лаборатория са изготвили план за окончателна битка, използвайки генетични инструменти за дисекция на функцията на неговите протеини и гени.

„Всички паразити се подценяват, ноE. histolyticaе особено озадачаващо", каза Ралстън. Изграждането на инструментите за изследването отне години. Но по пътя тя откри изненади, които биха могли да поставят началото на подобрени лечения.

Намиране на микроскопично оръжие за убийство на убиец

E. histolyticaнавлиза в дебелото черво, след като човек погълне замърсена храна или вода, обикновено в развиващите се страни с лоши санитарни условия. В Съединените щати най-често се наблюдава при хора, които наскоро са пътували в чужбина или са имигрирали от други страни.

Името му на вид, Histolytica, означава „нараняване на тъканите“ – защото създава първоначални джобове от отпадъчна тъкан, наречени абсцеси в органите, които инфектира. Докато вилнее в органите на човек, той не изяжда правилно клетките, които убива. Вместо това оставя наранените клетки да излеят съдържанието си, докато се придвижва, за да убие други клетки.

Ралстън започна да изучава този страховит малък звяр през 2011 г. по време на постдокторска стипендия в Университета на Вирджиния. Тогава хората вярваха, че убива клетките, като им инжектира отрова. Но когато го погледна през микроскоп, видя нещо съвсем различно.

E. histolyticaвсъщност взе хапки от човешки клетки. Микроскопът надникна: „Можете да видите малки парченца от човешката клетка, които се отчупват“, каза тя. Тези уловени клетъчни фрагменти, които светят във флуоресцентно зелено под техния микроскоп, се натрупват в амебата.

Техният доклад, че паразитът убива клетки чрез този процес, наречен „трогоцитоза“, е публикуван в списание Nature през 2014 г. „Това беше важно“, каза тя. „За да разработите нови терапии или ваксини, наистина трябва да знаете какE. histolyticaУврежда тъканите. “

Ралстън откри през 2022 г., че след поглъщане на части от човешки клетки, той става резистентен към основен компонент на човешката имунна система – клас молекули, наречени „протеини на комплемента“, които намират и убиват нахлуващите клетки.

В нова статия, публикувана през октомври 2024 г. в BioRxiv, Ралстън и студентите Маура Руйечан и Уесли Хуанг установиха, че амебата постига тази устойчивост, като поглъща протеини от външните мембрани на човешките клетки и ги поставя на собствената си външна повърхност. Два от тези човешки протеини, наречени CD46 и CD55, предотвратяват придвижването на комплементните протеини към повърхността на амебата.

По същество амебите убиват човешки клетки и след това убиват техните протеинови униформи като маскировка, за да могат да избегнат човешката имунна система.

Изграждане на инструменти за научни открития

С други патогени като ХИВ и салмонела, учените постигнаха бърз напредък, като идентифицираха много гени и след това проведоха високопроизводителни експерименти, за да нокаутират тези гени един по един, за да намерят онези, които са критични за причиняване на заболяване. Но това беше трудно сE. histolytica.

Геномът, секвениран през 2005 г., е пет пъти по-голям от този на Salmonella и 2500 пъти по-голям от този на ХИВ. Анализирането на ИТ изискваше години напредък в биоинформатиката. Но проучване от 2013 г. най-накрая показа нещо обещаващо:E. histolyticaизползва клетъчен процес, наречен "РНК инхибиране" (RNAi) като копче за обем, за да контролира експресията на своите гени.

„Мислехме, че можем да превърнем това в инструмент за разбиране на неговия геном“, каза Ралстън. През 2021 г. тя, Ruyechan, Huang и шестима колеги от UC Davis публикуваха документ, демонстриращ един такъв инструмент, който те разработиха. Тяхната „RNAi библиотека“ им позволява индивидуално да инхибират експресията на всеки от 8 734 известни гена на паразита.

В последната си статия, публикувана като заглавна история в Trends in Parasitology този месец, Ralston, Huang и Ruyechan представят план за използване на тази RNAi система за бързо идентифициране на гени, необходими на амебата, за да прави важни неща, като: B. когато ухапва човешки клетки или краде техните протеини.

Те се ангажират да комбинират това с инструмента за редактиране на гени CRISPR. Този подход им позволи да маркират протеини с флуоресцентни маркери, за да наблюдават как взаимодействат под микроскоп. или изтриване на малки части от гени и протеини, за да се намерят специфичните части, които са критично важни и могат да бъдат насочени с лекарства.

„Сега виждаме светлина в края на тунела и вярваме, че това може да бъде постижимо“, каза Хуанг, който се застъпва за изследователската общност да разработи CRISPR за използване при амеба.

От фундаментални изследвания до медицински пробиви

Историята наE. histolyticaИлюстрира стойността на фундаменталните изследвания – и как те допринасят за медицински пробиви за години напред.

Отне години на изследователите да научат как да отглеждат този паразит в лабораторията и още години на Ралстън да разбере как ухапва човешките клетки и сглобява техните протеини, за да избегне имунната система. Дори след като геномът му беше секвениран, на Ралстън и други учени отне време да разработят експериментални инструменти, за да го разделят. Това формира основата за идентифициране на гени или протеини, които могат да бъдат насочени към ваксини или нови лекарства.

„Науката е процес на изграждане“, каза Ралстън. „Трябва да изграждате един инструмент върху друг, докато най-накрая сте готови да откриете нови лечения.“

Работата на Ралстън е финансирана от Националните институти по здравеопазване и е подкрепена от Американското дружество по микробиология, благотворителните тръстове на Pew, фондация Хелман и фондация Хартуел. Това изследване е използвало няколко основни съоръжения на UC Davis Research, включително Центъра за светлинна микроскопия, Основния център за биоинформатика и Центъра за молекулярни и геномни изображения.

Допълнителни автори на документа от 2021 г., представящ библиотеката RNAi, включват: Akhila Bettadapur, Rene Suleiman, Hannah Miller и Tammie Tam (UC Davis College of Biological Sciences); Самуел Хънтър и Матю Сетс (UC Davis Genome Center); и Чарлз Барбиери (Seqmatic LLC, Фремонт, Калифорния).

източници: