Клеточные биологи систематически исследовали геном малярийного паразита Plasmodium на протяжении всего его жизненного цикла в крупномасштабном эксперименте. Исследователи смогли определить сотни целей, которые срочно необходимы для разработки лекарств и вакцин для искоренения болезни.
Несмотря на огромные усилия в медицине и науке, более 400 000 человек во всем мире по-прежнему умирают от малярии. Инфекционное заболевание передается при укусах комаров, зараженных малярийным паразитом Plasmodium. Геном паразита относительно невелик и содержит около 5000 генов. В отличие от клеток человека, паразиты Plasmodium имеют только одну копию каждого отдельного гена. Таким образом, удаление гена из всего генома паразита приводит непосредственно к изменению фенотипа паразита. Этим фактом воспользовался международный консорциум во главе с профессорами Фолькером Хойсслером из Института клеточной биологии (ICB) Бернского университета и Оливером Биллкером из Университета Умео в Швеции, ранее работавшего в Институте Сангера в Великобритании. Исследователи провели полногеномное исследование делеции генов у малярийных паразитов: они специально удалили более 1300 отдельных генов, наблюдали эффекты в течение всего жизненного цикла паразита и, таким образом, смогли идентифицировать много новых целей в патогене.
Индивидуальные генетические коды ускоряют исследования на десятилетия
Исследователи использовали модель мышей с малярией, созданную в Институте клеточной биологии Бернского университета. Каждый из 1300 генов паразита был заменен индивидуальным генетическим кодом, чтобы проанализировать, как удаление отдельных генов влияет на паразита. Использование индивидуальных кодов позволяет одновременно изучать множество паразитов и, таким образом, резко сокращает время их анализа. После трех лет исследований международному консорциуму удалось провести систематический скрининг генома паразита на всех стадиях жизненного цикла. «Скрининг делеций, проведенный совместно с Институтом Сэнгера, позволил нам идентифицировать сотни мишеней, особенно в метаболизме паразита», - сказала Ребекка Стэнвей из ICB, один из ведущих авторов этого исследования..
Модельные расчеты расширяют экспериментальные результаты
Для систематического анализа большого количества идентифицированных метаболических генов бернские исследователи объединили усилия с профессором Василием Хатзиманикатисом из EPFL в Лозанне и профессором Домиником Солдати-Фавр из Женевского университета, чтобы сформировать консорциум «MalarX». при финансовой поддержке Швейцарского национального научного фонда. Используя данные скрининга генома малярии, группа из EPFL рассчитала модели, которые показывают основные метаболические пути паразита.«Благодаря этим моделям теперь можно предсказать, какие из ранее неисследованных генов жизненно важны для паразита и, следовательно, являются подходящими мишенями для борьбы с малярией», - добавляет эксперт по моделям Ануш Чиаппино-Пепе из EPFL в Лозанне.
Некоторые из этих предсказаний были затем экспериментально подтверждены бернскими исследователями в тесном сотрудничестве с группой профессора Криса Янсе из Лейденского университета в Нидерландах. «Полногеномный скрининг с соответствующими метаболическими моделями представляет собой прорыв в исследованиях малярии», - сказал Магали Рокес из команды в Берне. «Наши результаты помогут многим исследователям малярии во всем мире. Теперь они могут сосредоточиться на основных генах паразитов и, таким образом, разрабатывать эффективные лекарства и вакцины против различных стадий жизни паразита», - добавила доктор Эллен Бушелл, бывший научный сотрудник Института Сангера.
Успех благодаря лучшей инфраструктуре и международному сотрудничеству
По словам Фолькера Хойсслера, такой исследовательский подход стал возможен только благодаря сочетанию огромных возможностей секвенирования и клонирования в Институте Сэнгера и исключительной инфраструктуры ICB в Берне, где установлен весь жизненный цикл малярийного паразита.. Кроме того, ICB оснащен исключительным набором высокопроизводительных микроскопов, которые позволяют проводить исследования на высшем уровне на различных стадиях жизненного цикла паразита. Благодаря этой превосходной инфраструктуре лаборатория Фолькера Хойсслера уже опубликовала множество международно признанных исследований ранней фазы паразитарной инфекции.
В этом проекте приняли участие 22 международных ученых в области молекулярной биологии, паразитологии, статистики и математического моделирования. «Это иллюстрирует усилия по проведению этого исследования, анализу данных и моделированию экспериментальных результатов, чтобы представить их в значимом контексте», - сказал Фолькер Хойслер.