Малярийные паразиты рода Plasmodium перемещаются через кожу в десять раз быстрее, чем иммунные клетки, работа которых заключается в захвате таких патогенов. Гейдельбергские ученые теперь нашли причину, по которой паразит работает быстрее своего аналога. Они сделали это, изучая актин, белок, который важен для структуры и движения клеток и который устроен по-разному у паразитов и млекопитающих. Выводы Росса Дугласа и его коллег из Центра инфекционных заболеваний (отделение паразитологии) Гейдельбергской университетской больницы, Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета (ZMBH) и Гейдельбергского института теоретических исследований (HITS) не соответствуют действительности. только меняют наше понимание ключевого компонента всех живых клеток, но они также предоставляют информацию, которая может помочь в открытии новых лекарств.
Как малярийный паразит распространяется так быстро?
Подобно кубикам Lego, которые можно складывать в длинные цепочки, актин собирается в длинные веревкообразные структуры, называемые нитями. Эти нити важны для правильного функционирования клеток, таких как мышечные клетки, и обеспечивают каждое из наших движений. Однако они также служат для того, чтобы клетки иммунной системы могли перемещаться и захватывать вторгшиеся патогены. Точно так же они имеют большое значение для перемещения малярийного паразита. «Как ни странно, малярийные паразиты в десять раз проворнее, чем самые быстрые из наших иммунных клеток, и буквально опережают нашу иммунную защиту. Если мы поймем эту важную разницу в движении, мы сможем нацелиться на паразита и остановить его», - говорит доктор Росс Дуглас из Гейдельбергского университета. Центр инфекционных заболеваний. Ключевым вопросом в статье, опубликованной в журнале PLOS Biology, является то, как скорость образования и разрушения актиновых филаментов различается у паразитов и млекопитающих.
Гибриды белков млекопитающих и паразитов приводят к новым открытиям
Было известно, что определенные участки белка актина у паразита и млекопитающих различаются. Чтобы исследовать причины разницы в скорости, ученые заменили части белка паразита соответствующими участками белка из актина млекопитающих в лаборатории. «Когда мы произвели эти изменения в паразите, мы заметили, что некоторые паразиты вообще не могли выжить, а другие внезапно колебались при движении», - говорит доктор Росс Дуглас. Чтобы исследовать лежащий в основе механизм, участвующие ученые провели эксперименты и компьютерное моделирование, начиная от моделирования на молекулярном уровне и заканчивая наблюдением за паразитами у живых животных. «Для моделирования и наблюдения за тем, как структура и динамика актиновых филаментов меняются местами при замене отдельных участков, требовались высокопроизводительные компьютеры», - говорит профессор Ребекка Уэйд, возглавляющая исследовательские группы в Гейдельбергском институте теоретических исследований (HITS) и в Центр молекулярной биологии (ZMBH) Гейдельбергского университета, который исследует взаимодействия белков с помощью компьютерного моделирования и математического моделирования.
Эти результаты теперь можно использовать для обнаружения химических соединений, которые избирательно воздействуют на актин паразита и влияют либо на построение, либо на разрушение филамента. «Таким образом можно было бы эффективно остановить паразита целиком», - резюмирует доктор Росс Дуглас. Примером такого подхода является тубулин, другой тип белка, который участвует в построении цитоскелета через так называемые микротрубочки. Лекарства, нацеленные на микротрубочки паразитов, такие как мебендазол, десятилетиями успешно использовались для лечения людей и животных от паразитических червей. Этот совместный исследовательский проект частично финансировался инновационным фондом FRONTIER Гейдельбергского университета.