Группа биологов-эволюционистов из Исследовательского института Моргриджа обнаружила способ, с помощью которого шистосомы, паразитические черви, заражающие более 200 миллионов человек в тропическом климате, способны перехитрить иммунную систему хозяина.
Постдокторант Моргридж Джейхун Ли и его коллеги сообщили в сегодняшнем (27 июля) выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), что пищеводная железа паразита, вспомогательный орган пищеварительного тракта, опосредует уклонение от иммунитета. механизм, необходимый для выживания хозяина.
Шистосомоз, забытая тропическая болезнь, вызываемая шистосомной инфекцией, остается одним из основных паразитарных заболеваний, поражающих развивающиеся страны, по данным Всемирной организации здравоохранения. Это особенно эффективно у детей, что приводит к анемии, задержке роста и нарушениям обучения. Несмотря на огромное влияние на здоровье человека и связанные с этим социально-экономические потери, это заболевание остается малоизученным и игнорируемым.
Шистосомы имеют сложный жизненный цикл, который начинается в пресной воде, загрязненной человеческими экскрементами. Паразиты вылупляются из яиц, выделяемых через отходы жизнедеятельности человека, и заражают определенный вид улиток. У улиток паразит производит огромное количество личиночных потомков, называемых церкариями. Высвобожденные из улитки, эти быстро плавающие личинки с раздвоенным хвостом проникают сквозь кожу человека и вызывают инфекцию.
После проникновения в кожу хозяина паразиты мигрируют в кровеносные сосуды и находят путь к вене, кровоснабжающей печень. Здесь они спариваются с партнером и вырастают во взрослых особей, живут более десяти лет, ежедневно выпуская сотни яиц. Многие из этих яиц попадают в органы хозяина, такие как печень, что приводит к хроническому повреждению тканей.
В настоящее время для борьбы с шистосомозом используется только один препарат - празиквантел, но он действует только на взрослых червей, не защищает от повторного заражения, а у некоторых штаммов выработалась резистентность к препарату. Таким образом, крайне важно разработать новые стратегии борьбы с этими паразитами.
«Один большой вопрос, который нас интересует, заключается в том, как эти паразиты могут десятилетиями процветать в кровотоке, избегая при этом иммунной системы хозяина», - говорит Ли.
Ли работает в лаборатории Филиппа Ньюмарка, исследователя Моргриджа, профессора интегративной биологии в Университете Висконсин-Мэдисон и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Лаборатория Ньюмарка в основном изучала планарий, плоских червей с почти безграничной способностью к регенерации. Около 10 лет назад лаборатория начала применять свои знания в области биологии планарии, чтобы понять паразитического родственника планарии, шистосому. Понимая, как шистосомы развиваются внутри хозяина, лаборатория надеется найти новые способы борьбы с этим заболеванием.
В новом исследовании ученые изучили несколько стволовых клеток, унаследованных от личиночной стадии паразита. Стволовые клетки паразита необходимы для их выживания и размножения, но их роль на ранних стадиях внутри хозяина-млекопитающего остается неясной. Они обнаружили, что стволовые клетки образуют специализированную железу, связанную с пищеварительным трактом паразита, называемую пищеводной железой, за несколько недель до того, как животные начинают питаться кровью.
Зачем стволовым клеткам так рано производить эту железу?
Подозревая, что пищеводная железа может быть важна для выживания паразитов, команда разрушила ген, критически важный для создания пищеводной железы, и культивировала паразитов в чашке. Несмотря на отсутствие пищеводной железы, жизнеспособность и поведение паразитов не пострадали при культивировании вне хозяина.
"Я думаю, что это обычное место, где вы обычно рассматриваете возможность отказа от проекта", - говорит Ли, поскольку пищеводная железа, по-видимому, не выполняла никакой функции у паразитов, культивируемых in vitro.
Однако, поскольку текущие условия культивирования не полностью отражают среду in vivo сосудистой сети хозяина (например, отсутствие иммунных клеток хозяина и кровотока), команда решила продолжить проект, изучив функцию железа, когда паразит живет внутри хозяина-млекопитающего.
Следующие эксперименты стали возможными благодаря методике, впервые предложенной Донато Чиоли в 1970-х годах, когда шистосомы хирургическим путем пересаживают в брыжеечные вены грызунов-хозяев.
«Этот технически сложный эксперимент - единственный способ ввести экспериментально манипулированные взрослые шистосомы обратно в хозяина-млекопитающего, поскольку только личиночная стадия паразита способна проникнуть через кожу хозяина», - говорит исследователь HHMI Трейси Чонг. которые выполняли хирургические трансплантации.
Чонг трансплантировал паразитов без пищеводной железы мышам. В отличие от паразитов, культивируемых в чашке, отсутствие пищеводной железы приводило к летальному исходу у хозяина-млекопитающего.
«Основываясь на данных предыдущих исследований, мы предположили, что пищеводная железа паразита действовала как барьер, препятствующий проникновению паразита иммунными клетками хозяина», - говорит Ли.
Чтобы проверить эту идею, команда хирургическим путем пересадила паразитов без пищеводной железы мышам с ослабленным иммунитетом. Паразиты без желез смогли выжить у мышей с ослабленным иммунитетом, как и в культуральных чашках. Последующие эксперименты, в которых паразитов кормили флуоресцентными иммунными клетками, показали, что паразиты без желез неспособны уничтожить иммунные клетки до того, как попадут в кишечник паразита.
«Наши результаты показывают, что пищеводная железа является важным барьером, который должен быть на месте, прежде чем эти паразиты начнут питаться и поглощать иммунные клетки», - добавляет Ли. «Мы надеемся, что это исследование приведет к новым целям для борьбы с этими паразитами».
Ли говорит, что следующей главой в этой продолжающейся работе будет определение сотен различных белков, составляющих пищеводную железу.
«Когда мы охарактеризуем эти белки, мы сможем найти способ заблокировать или отключить их функцию, что позволит иммунным клеткам проникнуть внутрь паразитов и убить их», - говорит он.