I ricercatori scoprono come l'entamoeba histolytica identifica il sistema immunitario

I ricercatori scoprono come l'entamoeba histolytica identifica il sistema immunitario

Il parassita unicellulareEntamoeba histolyticaInfetta 50 milioni di persone ogni anno e ne uccide quasi 70.000. Normalmente, questa cattiva ameba mutaforma non causa niente di peggio della diarrea. Ma a volte provoca malattie gravi, persino mortali, provocando ulcere nel colon, liquefacendo parti del fegato e invadendo il cervello e i polmoni.

Può uccidere qualunque cosa gli lanci contro, qualunque tipo di cellula umana. “

Katherine Ralston, Professore associato, Dipartimento di microbiologia e genetica molecolare

E. histolyticapuò persino eludere il sistema immunitario e può uccidere i globuli bianchi che dovrebbero combatterli.

Gli scienziati hanno faticato a capire come ciò avvenga. Ma in un nuovo articolo pubblicato nel numero di maggio diTendenze in parassitologiaRalston e il suo laboratorio hanno elaborato un piano per il combattimento definitivo utilizzando strumenti genetici per analizzare la funzione delle sue proteine ​​e dei suoi geni.

“Tutti i parassiti sono sottovalutati, maE. histolyticaè particolarmente sconcertante", ha detto Ralston. Per costruire gli strumenti per lo studio ci sono voluti anni. Ma lungo il percorso, ha scoperto sorprese che potrebbero preparare il terreno per trattamenti migliori.

Trovare l'arma del delitto di un assassino microscopico

E. histolyticaentra nell'intestino crasso dopo che una persona ha ingerito cibo o acqua contaminati, di solito nei paesi in via di sviluppo con scarse strutture igienico-sanitarie. Negli Stati Uniti, è più comunemente riscontrato nelle persone che hanno recentemente effettuato viaggi all’estero o sono immigrate da altri paesi.

Il nome della sua specie, Histolytica, significa “danno tissutale”, perché crea sacche iniziali di tessuto di scarto chiamate ascessi negli organi che infetta. Mentre si scatena negli organi di una persona, non mangia adeguatamente le cellule che uccide. Invece, lascia che le cellule ferite versino il loro contenuto mentre si muove per uccidere altre cellule.

Ralston ha iniziato a studiare questa temibile bestiola nel 2011 durante una borsa di studio post-dottorato presso l'Università della Virginia. Allora, la gente credeva che uccidesse le cellule iniettandole con un veleno. Ma quando lo guardò al microscopio, vide qualcosa di completamente diverso.

E. histolyticain realtà ha morsicato le cellule umane. Il microscopio ha scrutato: "Si potevano vedere piccoli pezzi della cellula umana che si staccavano", ha detto. Questi frammenti cellulari catturati, che brillavano di verde fluorescente al microscopio, si accumularono nell'ameba.

Il loro rapporto secondo cui il parassita uccide le cellule attraverso questo processo, chiamato “trogocitosi”, è stato pubblicato sulla rivista Nature nel 2014. “Questo era importante”, ha detto. “Per sviluppare nuove terapie o vaccini, bisogna davvero sapere comeE. histolyticaDanneggia i tessuti. “

Ralston ha scoperto nel 2022 che dopo aver ingerito parti di cellule umane, diventa resistente a un componente importante del sistema immunitario umano, una classe di molecole chiamate “proteine ​​del complemento” che trova e uccide le cellule invasori.

In un nuovo articolo pubblicato nell’ottobre 2024 su BioRxiv, Ralston e gli studenti laureati Maura Ruyechan e Wesley Huang hanno scoperto che l’ameba raggiunge questa resistenza ingerendo proteine ​​dalle membrane esterne delle cellule umane e posizionandole sulla propria superficie esterna. Due di queste proteine ​​umane, chiamate CD46 e CD55, impediscono alle proteine ​​del complemento di spostarsi sulla superficie dell'ameba.

In sostanza, le amebe uccidono le cellule umane e poi uccidono le loro uniformi proteiche come travestimento in modo che possano eludere il sistema immunitario umano.

Costruire strumenti per scoperte scientifiche

Con altri agenti patogeni come l’HIV e la Salmonella, gli scienziati hanno fatto rapidi progressi identificando molti geni e quindi conducendo esperimenti ad alto rendimento per eliminare quei geni uno alla volta per trovare quelli fondamentali per causare la malattia. Ma è stato difficileE. histolytica.

Il genoma, sequenziato nel 2005, è cinque volte più grande di quello della Salmonella e 2.500 volte più grande di quello dell'HIV. L'analisi dell'IT ha richiesto anni di progressi nel campo della bioinformatica. Ma uno studio del 2013 ha finalmente mostrato qualcosa di promettente:E. histolyticautilizza un processo cellulare chiamato “inibizione dell’RNA” (RNAi) come manopola del volume per controllare l’espressione dei suoi geni.

"Abbiamo pensato di poterlo trasformare in uno strumento per comprenderne il genoma", ha detto Ralston. Nel 2021, lei, Ruyechan, Huang e sei colleghi della UC Davis hanno pubblicato un documento che dimostra uno di questi strumenti da loro sviluppato. La loro “libreria RNAi” consente loro di inibire individualmente l'espressione di ciascuno degli 8.734 geni conosciuti del parassita.

Nel loro ultimo articolo, pubblicato come articolo di copertina in Trends in Parasitology questo mese, Ralston, Huang e Ruyechan presentano un piano per utilizzare questo sistema RNAi per identificare rapidamente i geni necessari all'ameba per fare cose importanti, come: B. quando morde le cellule umane o ruba le loro proteine.

Si sono impegnati a combinare questo con lo strumento di editing genetico CRISPR. Questo approccio ha permesso loro di etichettare le proteine ​​con marcatori fluorescenti per osservare come interagiscono al microscopio. oppure eliminando piccole parti di geni e proteine ​​per trovare parti specifiche che sono di fondamentale importanza e possono essere prese di mira con i farmaci.

“Ora vediamo una luce alla fine del tunnel e crediamo che ciò possa essere realizzabile”, ha affermato Huang, che sta sostenendo che la comunità di ricerca sviluppi CRISPR da utilizzare nell’ameba.

Dalla ricerca di base alle scoperte mediche

La storia diE. histolyticaIllustra il valore della ricerca di base e il modo in cui contribuisce alle scoperte mediche negli anni a venire.

Ci sono voluti anni perché i ricercatori imparassero come coltivare questo parassita in laboratorio, e anni ancora perché Ralston capisse come morde le cellule umane e assembla le loro proteine ​​per eludere il sistema immunitario. Anche dopo che il suo genoma fu sequenziato, Ralston e altri scienziati impiegarono tempo per sviluppare strumenti sperimentali per distinguerlo. Ciò costituisce la base per identificare geni o proteine ​​che possono essere presi di mira da vaccini o nuovi farmaci.

“La scienza è un processo di costruzione”, ha affermato Ralston. "Devi costruire uno strumento sopra l'altro finché non sei finalmente pronto a scoprire nuovi trattamenti."

Il lavoro di Ralston è stato finanziato dal National Institutes of Health e ha sostenuto il sostegno dell'American Society for Microbiology, del Pew Charitable Trusts, della Hellman Foundation e della Hartwell Foundation. Questa ricerca ha utilizzato diverse strutture principali della UC Davis Research, tra cui la Light Microscopy Imaging Facility, la Bioinformatics Core Facility e il Molecular and Genomic Imaging Center.

Altri autori dell'articolo del 2021 che presenta la libreria RNAi includono: Akhila Bettadapur, Rene Suleiman, Hannah Miller e Tammie Tam (UC Davis College of Biological Sciences); Samuel Hunter e Matthew Settes (Centro genoma della UC Davis); e Charles Barbieri (Seqmatic LLC, Fremont, CA).

Fonti: