Трипаносомы - это одноклеточные паразиты, вызывающие такие заболевания, как африканская сонная болезнь человека и Нагана у животных. Но они также используются в фундаментальных исследованиях в качестве модельной системы для изучения фундаментальных биологических вопросов. Исследователи из Бернского университета теперь изучили, как трипаносомы равномерно распределяют свою «энергетическую установку» между дочерними клетками во время клеточного деления. Обнаруженный механизм потенциально открывает новые возможности для лекарственного вмешательства.
Трипаносомы могут вызывать у людей тяжелые заболевания: сонную болезнь в Африке, болезнь Шагаса в Южной Америке, а в последнее время и в Европе. Они также могут поражать животных и вызывать Нагану у крупного рогатого скота в Африке. До сих пор нет подходящих методов лечения этих заболеваний. Исследователи под руководством профессора Торстена Оксенрайтера из Института клеточной биологии Бернского университета изучили митохондрии, «электростанции» одноклеточных трипаносом, и теперь обнаружили, что они ведут себя иначе, чем клеточные электростанции у людей во время клеточной активности. разделение. Полученные данные также могут помочь в разработке новых лекарств против болезней, вызываемых паразитами.
Митохондрии - это небольшие обособленные единицы в клетке, которые также выполняют роль электростанций и обеспечивают организм энергией. Митохондрии изначально были независимыми бактериями, которые были включены клеткой около 1,5 миллиарда лет назад. В ходе их сосуществования бактерия все дальше и дальше интегрировалась в клетку как электростанция, что проявлялось в том, что схемы построения электростанции все больше переносились в клетку-хозяина из бактериального генома.
Сегодня практически вся структура митохондрий хранится в геноме клетки-хозяина. «Почти полностью - потому что митохондрии еще сохранили небольшую автономию», - объясняет ведущий автор исследования Аннелиз Хоффманн из Института клеточной биологии Бернского университета. «У них все еще есть некоторые важные компоненты электростанции в их собственном геноме». Если сегодня клетка делится, она должна не только обеспечить дублирование собственного генома и поровну распределить его между дочерними клетками, но и соответственно передать митохондриальный геном. Необходимые для этого структуры и механизмы до сих пор в значительной степени не охарактеризованы. Три исследовательские группы из Бернского университета в сотрудничестве с Оксфордским университетом Брукса (Великобритания) в настоящее время расшифровали части механизма. Для этого они используют революционную технологию высокого разрешения, так называемую «микроскопию со стимулированным эмиссионным истощением (STED)».
Инновационный микроскоп
Трипаносомы хорошо подходят в качестве модельной системы в науках о жизни, поскольку они имеют только одну очень большую митохондрию с одним гигантским геномом. Клетки человека обычно имеют от сотен до тысяч митохондрий, каждая из которых имеет несколько геномов. Эта очень простая митохондриальная установка в трипаносомах аналогична ситуации 1,5 миллиарда лет назад и позволяет анализировать развитие клеток до их нынешнего состояния. Кроме того, как размер митохондрии, так и ее генома являются преимуществом при микроскопическом анализе. «И, наконец, гораздо проще следить за одной митохондрией и митохондриальным геномом во время клеточного деления, чем за сотнями или даже тысячами одновременно», - говорит Торстен Оксенрайтер из Института клеточной биологии.
Для своего исследования бернские исследовательские группы использовали новый микроскоп, который позволил им изучить трипаносомы и их митохондрии с разрешением менее 50 нанометров. Здесь они могли наблюдать за распределением митохондриального генома при делении клеток. «Нам удалось подробно описать механизм, необходимый для распределения митохондриального генома во время клеточного деления в трипаносомах», - говорит Оксенрейтер. Это включает в себя точный порядок компонентов в машине, их размер, а также взаимодействие. Они обнаружили, что клетка инициирует строительство, после чего каждый компонент добавляется в механизм один за другим. В отличие от ранее исследованных организмов, трипаносомы, по-видимому, развили большинство модулей исключительно для своей функции в механизме распределения митохондриального генома.
Применимо к другим заболеваниям
«Наряду с результатами фундаментальных исследований, исследование также предлагает новые методы, которые в будущем можно будет применить и к другим организмам», - объясняет Оксенрайтер. Например, причины неправильного распределения митохондриального генома можно изучать при некоторых заболеваниях человека, таких как мышечные расстройства или даже специфические формы рака.«Но обнаруженные различия в механизмах распространения у паразитов и человека представляют особый интерес для разработки новых лекарств от сонной болезни и других болезней, вызываемых трипаносомами у людей и животных».