Единичные экземпляры возбудителей вермикулярной болезни, вызывающих сонную болезнь, плавают в кишечнике мухи цеце между клетками крови, которые муха проглотила от инфицированного млекопитающего. Отсюда они начинают свое недельное путешествие по внутренним органам мухи. В других местах они сгруппировались вместе, чтобы сформировать изобилующий рой, настолько плотный, что ничего не видно из структур мухи.
Трипаносомы являются возбудителями сонной болезни. Внутри слюнной железы мухи они в огромных количествах прикрепляются к эпителию, продолжая биться жгутиками с высокой частотой. В таком положении паразиты остаются ждать, пока муха цеце не укусит человека или животное, чтобы со слюной выйти в кровоток жертвы.
Среда обитания внутри мухи, нанесенная на карту в трех измерениях
Группа исследователей из Биоцентра Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия, запечатлела эти и другие процессы на фотографиях и видео с высоким разрешением. Более того, они использовали световую листовую микроскопию, чтобы составить трехмерную карту всех мест обитания паразитов внутри мухи.
«Эти изображения не имеют себе равных», - говорит Тим Крюгер. Благодаря подробным изображениям ученые теперь могут учитывать удивительно сложное микроокружение трипаносом при более детальном исследовании инфекционного заболевания. Крюгер изучает паразитов на кафедре клеточной биологии и биологии развития JMU в команде профессора Маркуса Энгстлера.
Решетовидный выступ служит приводом
Трипаносомы - это простейшие, которые передвигаются с помощью жгутиков, которые представляют собой плетевидные придатки, выступающие из клетки. «Они очень динамичны и никогда не останавливают биение жгутика», - объясняет Крюгер. «Это позволяет им плавать и эффективно ориентироваться в различных условиях». Причем паразиты способны это делать не только внутри мухи, но и в кровотоке, в коже, жировой ткани, мозге и других органах человека и животных.
В новой публикации в журнале eLife команда из Вюрцбурга показывает подробные 3D-изображения анатомии трипаносом на всех стадиях развития внутри мухи цеце. Они проанализировали плавательное поведение в различных тканях и представили, среди прочего, методы визуализации, которые позволяют отслеживать и количественно определять целые стаи патогенов внутри мухи.
Плавание паразитов внутри мухи цеце неясно
Ученые JMU хотят использовать этот новый диапазон вариантов анализа для более глубокого изучения трипаносом. Потому что до сих пор во многом неясно, как и какими путями опасные возбудители проплывают через тело мухи, прежде чем заразить человека.
Одна из стратегий борьбы с сонной болезнью состоит в том, чтобы прервать или предотвратить развитие патогена уже в мухе цеце. «Но это может быть успешным, только если мы точно знаем, как трипаносомы ведут себя внутри мухи», - говорит Тим Крюгер.
Изучение эффектов «микроплавания»
Физики также проявляют интерес к изображениям высокого разрешения из Биоцентра. «Наши партнеры по сотрудничеству очень заинтересованы в этом, потому что они имеют дело с так называемыми «микроплавунцами», - поясняет Крюгер. Точнее, их интересуют гидродинамические эффекты плавательных движений в малых масштабах, на уровне отдельных клеток и явления коллективного плавания. Это сложная тема, так как эффекты здесь полностью отличаются от эффектов более крупных объектов, плавающих в воде.
В свою очередь, команда профессора Энгстлера надеется извлечь важные стимулы из физики: «Если мы лучше поймем взаимодействия между паразитами и хозяевами также на физическом уровне, мы сможем разработать новые подходы к объяснению того, как приспосабливаются паразиты и как развиваются инфекционные процессы внутри хозяев."
Факты о сонной болезни
Трипаносомы широко распространены в странах Африки к югу от Сахары. Простейшие паразиты передаются через укус зараженной мухи цеце. Каждый год регистрируется около 30 000 новых случаев заражения. Начальные симптомы включают головные боли и боли в суставах, за которыми на более поздних стадиях следуют спутанность сознания, судороги и другие симптомы. Наконец, больные впадают в кому и умирают.
Вакцины против патогенов отсутствуют; доступные лекарства могут иметь сильные побочные эффекты. Таким образом, существует острая потребность в более эффективных лекарствах для лечения этого заболевания. Трипаносомы заражают не только человека. Они также убивают крупный рогатый скот, коз и другой домашний скот, тем самым нанося огромный ущерб: в некоторых регионах Африки разведение домашнего скота вряд ли возможно из-за трипаносом.