Poznanie tajemnic cyklu komórkowego pasożytów wywołujących malarię
Gdy dochodzi do zakażenia malarią, pasożyt Plasmodium falciparum najpierw rozwija się w komórkach wątroby, a następnie w krwinkach czerwonych. Wraz z namnażaniem się pasożyta dochodzi do niszczenia krwinek, co nie zatrzymuje jednak procesu. Niezwykle niewiele wiadomo na temat złożonej dynamiki procesów genetycznych związanych z cyklami komórkowymi tego pasożyta. Badaniem tego zagadnienia zajął się zespół projektu PlasmoCycle, który został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Cykl komórkowy pasożyta Plasmodium jest nietypowy, nie mieliśmy zatem dobrych modeli, na których mogliśmy oprzeć nasze analizy", wyjaśnia Catherine Merrick, profesor nadzwyczajna na Wydziale Patologii Uniwersytetu Cambridge i główna badaczka projektu PlasmoCycle. W przeciwieństwie do niemal wszystkich komórek eukariotycznych, pasożyt Plasmodium nie dzieli się przez rozszczepienie binarne. Jego cykl życia składa się z wielu etapów, a cechy charakterystyczne jednego etapu mogą nie występować na innym etapie. W ramach projektu PlasmoCycle Merrick badała wraz z zespołem organizację procesu replikacja DNA w komórkach pasożyta Plasmodium i jak wpływają na nią środowisko ludzkiego żywiciela oraz ekspozycja na leki przeciwmalaryczne.
Badanie złożonej replikacji odpowiedzialnej za malarię
Zespół projektu PlasmoCycle opracował nowe technologie na bazie innowacji Merrick - dodaniu kinazy tymidynowej do komórek pasożyta, co pozwoliło na oznaczenie zreplikowanego DNA w sposób, który jest czuły, możliwy do śledzenia i mierzalny. Następnie naukowcy obserwowali wszystkie podstawowe parametry działania cyklu komórkowego, zarówno w bezpłciowych stadiach w komórkach krwi, jak i w charakteryzujących się szybką replikacją stadiach płciowych, obserwując proces w wielu pojedynczych komórkach. Obserwacje objęły dwa różne rodzaje malarii ludzkiej, które charakteryzują się różnymi czasami niszczenia komórek gospodarza. Następnie badacze przeszli od poziomu pojedynczej komórki do pojedynczej cząsteczki DNA, badając różne zagadnienia, w tym początek i szybkość replikacji. Mając całą tę wiedzę, badacze analizowali różne zagadnienia badawcze, aby zbadać wpływ leków przeciwmalarycznych i niedoboru składników odżywczych na DNA.
Nowa wiedza na temat cyklu komórkowego malarii
Jednym z głównych rezultatów projektu było określenie wszystkich parametrów replikacji pasożytów malarii w stadium krwi z niespotykaną dotąd szczegółowością czasową i przestrzenną. „Odkryliśmy, że parametry były nieco inne u dwóch różnych gatunków”, zauważa Merrick. Podczas drugiego etapu cyklu życia zespół zaobserwował wysoki wskaźnik błędów i całkowity brak punktów kontrolnych odpowiadających za monitorowanie i kontrolowanie cyklu, co sugeruje, że na tym etapie pasożyt poświęca dokładność replikacji na rzecz szybkości. Naukowcy znaleźli pierwsze dowody na istnienie punktów kontrolnych w wolniejszych stadiach bezpłciowych. W przypadku uszkodzenia DNA, replikacja może ulec spowolnieniu. Konieczne jest dokładniejsze zbadanie działania tego mechanizmu. „Te pasożyty są dziwnymi eukariontami ulegającymi wczesnemu podziałowi. Wiele cech ich mechanizmów biologicznych to prawdziwe wyjątki", mówi Merrick. Badacze zaczęli także odkrywać, w jaki sposób stresory, w tym uszkadzające DNA leki przeciwmalaryczne lub niedobory składników odżywczych, mogą wpływać na podstawowy proces replikacji. „Jest to ważne, ponieważ szybkość replikacji tych pasożytów ma kluczowe znaczenie dla przebiegu choroby", dodaje Merrick.
Wpływ na leczenie malarii
Choć głównym celem projektu było lepsze zrozumienie bardzo nietypowej biologii pasożyta malarii, wyniki mogą pomóc w rozwoju nowych leków w celu zwalczania tego patogenu. „Im więcej rozumiemy na temat procesu replikacji, tym mądrzejsi możemy być w przyszłości w zakresie planowania nowych interwencji”, mówi Merrick.
Słowa kluczowe
PlasmoCycle, malaria, pasożyt, cykle komórkowe, DNA, replikacja, leczenie malarii, komórka
