"Нас некоторое время интересовала романтическая жизнь паразита Cryptosporidium", - говорит Борис Стрипен, ученый из Школы ветеринарной медицины Пенна.
Cryptosporodium является основной причиной диарейных заболеваний у детей раннего возраста во всем мире. Кишечный паразит способствует детской смертности и вызывает недоедание и задержку роста. То, как такой паразит размножается и завершает свой жизненный цикл, оказывает существенное влияние на здоровье ребенка.
«Это продукт полового акта паразита, который здесь является инфекционным агентом, спорой, которая передается через зараженную воду», - говорит Стрипен. «Итак, если вы лишите его возможности заниматься сексом, вы разорвете цикл передачи и заражения».
В новой статье в журнале PLOS Biology Стрипен и его коллеги из его лаборатории прокладывают новые пути в понимании того, как криптоспоридии размножаются внутри хозяина. Использование передовой техники визуализации позволило ученым наблюдать весь жизненный цикл в лаборатории. Они обнаружили, что паразит завершает три цикла бесполого размножения, а затем сразу переключается на мужские и женские половые формы. Их наблюдения опровергают промежуточную стадию, появившуюся в 1970-х годах, и хорошо согласуются с первоначальным описанием врача и паразитолога Эдварда Тиззера, открывшего этот патоген более века назад..
«То, что мы показали, противоречит тому, что вы видите сегодня в большинстве учебников, включая описание на веб-сайте Центров по контролю и профилактике заболеваний», - говорит Стрипен. «Это действительно очень простой жизненный цикл, который завершается у одного хозяина за три дня и имеет только три признака: бесполые клетки, мужские клетки и женские клетки."
Другие паразиты, такие как малярийный паразит Plasmodium, «двоюродный брат» Cryptosporidium, имеют более сложный и длинный путь прохождения аналогичного жизненного цикла. В то время как Crypto завершает свой жизненный цикл в одном хозяине, большинство малярийных паразитов перемещаются между двумя: комаром, где происходит половое размножение паразита, и человеком, где происходит его бесполое размножение.
Cryptosporidium - отличная модель для изучения развития паразита; вы можете увидеть шаги, аналогичные тому, что происходит с малярийным паразитом, но это намного проще, потому что все это происходит всего за три дня в одном хозяине, и мы можем это наблюдать. в простых клеточных культурах», - говорит Стрипен.
В более ранней работе над Cryptosporidium Стрипен и его коллеги обнаружили, что половое размножение необходимо паразиту для перемещения от одного хозяина к другому, а также для поддержания себя в хозяине во время хронической инфекции. Таким образом, блокирование прогрессирования развития и паразитарного секса представляет собой стратегию лечения или предотвращения инфекции.
Cryptosporidium - крошечный одноклеточный паразит, который вторгается и размножается в клетках кишечника своего хозяина. Чтобы лучше понять, что происходит, исследователи разработали метод микроскопии живых клеток, позволяющий отслеживать развитие паразита в течение нескольких дней в клеточных культурах. Используя генную инженерию, они добавили флуоресцентную метку к ядру каждого паразита, что позволило им наблюдать за репликацией паразита в режиме реального времени и различать разные стадии его жизненного цикла.
То, что они увидели, было паразитами, «сосчитавшими до трех», - говорит Стрипен. Вместо того, чтобы реагировать на сигналы окружающей среды, паразиты следовали жесткому встроенному плану. После заражения культуры паразит прошел три цикла бесполого размножения. Каждый цикл занимал около 12 часов, в течение которых паразит обосновывался в клетке-хозяине и размножался, в результате чего появилось восемь новых инфекционных паразитов. Затем они были выпущены для заражения окружающих клеток-хозяев.
После этих трех волн амплификации их судьба резко меняется, и они превращаются либо в мужские, либо в женские гаметы, или половые клетки, в процессе, который также занял около 12 часов. Отслеживая отдельных паразитов и их потомство, исследователи не нашли доказательств существования специализированной промежуточной формы, предполагаемой многими учебниками, демонстрирующей прямое развитие.
Интересно, что паразит, по-видимому, был заранее уверен в своей будущей судьбе и перенес этот план из одной клетки-хозяина в другую еще непонятным образом.
Исследователи были заинтригованы, увидев, что самцы и самки возникают из инфекционных форм, выделяемых одними и теми же бесполыми паразитами. «Один из действительно интересных аспектов сексуальной идентичности здесь заключается в том, что она не унаследована и не запрограммирована в геноме, а гораздо более изменчива», - говорит Стрипен. «Есть бесполая клетка, которая делится на генетически идентичные клоны, а затем эти клоны каким-то образом на лету становятся самцами или самками, что приводит к совершенно разным форме и поведению клеток."
Будущие исследования будут сосредоточены на молекулярном механизме фиксации, чтобы понять, как этот жизненный цикл запрограммирован в биологии паразита. По словам Стрипена, понимание жизненного цикла Cryptosporidium имеет решающее значение для размышлений о том, как создать вакцину или терапию против этой болезни.
Как клетки принимают решения и выполняют планы развития, является одним из самых фундаментальных вопросов в биологии. Cryptosporidium предлагает податливую систему для лучшего понимания этого механизма у паразитов. Надеемся, что мы сможем получить информацию, которая поможет понять криптоспоридиоз и малярии и проложить путь к новым срочно необходимым вмешательствам в отношении этих важных заболеваний».
Борис Стрипен - профессор микробиологии и иммунологии Марка Уиттиера и Лайлы Грисволд Аллам в Школе ветеринарной медицины Университета Пенсильвании.
Соавторами Стрипена были сотрудники лаборатории Элизабет Д. Инглиш, Амандин Герен и Джайеш Тандель.