Коварный паразит убивает человеческие клетки и использует их для маскировки

Одноклеточный паразит Entamoeba histolytica ежегодно заражает 50 миллионов человек, убивая около 70 000. Обычно эта коварная, меняющая форму амеба не вызывает ничего хуже диареи. Но иногда она вызывает тяжелое, даже смертельное заболевание, разъедая язвы в толстой кишке, разжижая части печени и проникая в мозг и легкие.

«Она может убить все, что вы в нее бросите, любую человеческую клетку», — сказала Кэтрин Ралстон с кафедры микробиологии и молекулярной генетики. E. histolytica может даже ускользнуть от иммунной системы — и она может убить белые кровяные клетки, которые должны с ней бороться.

Ученые изо всех сил пытались понять, как это происходит. Но в новой статье, опубликованной в журнале Trends in Parasitology, Ралстон и ее лаборатория излагают план, как наконец справиться с этим, используя генетические инструменты для разграничения функций его белков и генов.

«Все паразиты изучены недостаточно, но E. histolytica особенно загадочен», — говорит Ралстон. Создание инструментов для его изучения заняло годы. Но по ходу дела она обнаружила сюрпризы, которые могут подготовить почву для улучшения методов лечения.

E. histolytica попадает в толстую кишку после употребления человеком загрязненной пищи или воды, как правило, в развивающихся странах с плохой санитарией. 

Видовое название histolytica означает «растворяющий ткани», поскольку он создает гнойные карманы разжиженной ткани, называемые абсцессами, в органах, которые он инфицирует. Когда он буйствует в органах человека, он не аккуратно поедает клетки, которые убивает; вместо этого он оставляет раненые клетки, чтобы выплеснуть их содержимое, пока он спешит убить другие клетки.

Ралстон начала изучать этого устрашающего зверя в 2011 году во время постдокторской стажировки в Университете Вирджинии. Тогда люди считали, что он убивает клетки, вводя им яд. Но когда она наблюдала за ним через микроскоп, она увидела нечто совсем иное.

E. histolytica на самом деле откусывала от человеческих клеток. Глядя в микроскоп, «можно было увидеть, как отрываются маленькие части человеческой клетки», — сказала она. Эти проглоченные фрагменты клеток, светящиеся флуоресцентным зеленым цветом под ее микроскопом, накапливались внутри амебы.

Ее отчет о том, что паразит убивает клетки посредством этого процесса, называемого «трогоцитоз», был опубликован в журнале Nature в 2014 году. «Это было важно», — сказала она. «Чтобы разрабатывать новые методы лечения или вакцины, вам действительно нужно знать, как E. histolytica повреждает ткани».

В 2022 году Ралстон обнаружила, что после того, как амеба поглотит части человеческих клеток, она станет устойчивой к основному компоненту иммунной системы человека — классу молекул, называемых «белками комплемента», которые находят и убивают вторгающиеся клетки.

В новой статье, опубликованной на bioRxiv Ралстон, а также Маура Руечан и Уэсли Хуанг обнаружили, что амеба приобретает эту устойчивость, поглощая белки из внешних мембран человеческих клеток и помещая их на свою собственную внешнюю поверхность. Два из этих человеческих белков, называемые CD46 и CD55, не позволяют белкам комплемента зацепляться за поверхность амебы.

По сути, амебы убивают человеческие клетки, а затем маскируются в свою белковую оболочку, что позволяет им обходить иммунную систему человека.

С другими патогенами, такими как ВИЧ и сальмонелла, ученые добились быстрого прогресса, идентифицировав множество генов, а затем проведя высокопроизводительные эксперименты, чтобы вырубить эти гены по отдельности, чтобы найти те, которые имеют решающее значение для возникновения заболевания. Но это было сложно с E. histolytica.

Его геном, секвенированный в 2005 году, в пять раз больше, чем у сальмонеллы, и в 2500 раз больше, чем у ВИЧ. Его анализ потребовал годы достижений в области биоинформатики. Но исследование 2013 года наконец показало нечто многообещающее: E. histolytica использует клеточный процесс под названием «ингибиция РНК» (РНКi) в качестве регулятора громкости для управления экспрессией своих генов.

«Мы думали, что сможем превратить это в инструмент для понимания его генома», — сказала Ралстон. В 2021 году она, Руечан, Хуан и шесть коллег из Калифорнийского университета в Дэвисе опубликовали статью, демонстрирующую один из таких инструментов, который они разработали. Их «библиотека РНК-интерференции» позволяет им подавлять экспрессию по отдельности каждого из 8734 известных генов паразита.

В своей новейшей статье, опубликованной в в журнале Trends in Parasitology, Ралстон, Хуан и Руечан представляют план использования этой системы РНК-интерференции для быстрой идентификации генов, необходимых амебе для выполнения важных функций, таких как укус человеческих клеток или кража их белков.

Они выступают за объединение этого с инструментом редактирования генов CRISPR. Используя этот подход, они могли бы маркировать белки флуоресцентными маркерами, чтобы наблюдать за их взаимодействием под микроскопом; или удалять небольшие части генов и белков, чтобы найти конкретные части, которые имеют решающее значение и могут быть направлены с помощью лекарств.

«Теперь мы видим свет в конце туннеля и думаем, что это достижимо», — сказал Хуан, выступающий за то, чтобы исследовательское сообщество разработало технологию CRISPR для использования на амебах.

История E. histolytica иллюстрирует ценность фундаментальных исследований и то, как они способствуют прорывам в медицине на протяжении многих лет.

Исследователям потребовались годы, чтобы научиться выращивать этого паразита в лабораторных условиях, и еще годы потребовались Ралстон, чтобы понять, как он кусает человеческие клетки и использует их белки, чтобы избежать воздействия иммунной системы.

Даже после того, как его геном был секвенирован, Ралстон и другим ученым потребовалось время, чтобы разработать экспериментальные инструменты для его расчленения. Это закладывает основу для идентификации генов или белков, на которые можно воздействовать вакцинами или новыми препаратами.

«Наука — это процесс строительства», — сказала Ралстон. «Вам приходится надстраивать один инструмент над другим, пока вы, наконец, не будете готовы открыть новые методы лечения».