Геном малярийного плазмодия – ничего лишнего
Ученые из института Сэнгера провели первое масштабное исследование экспрессии генов малярийного плазмодия.
Известно, что геномная архитектура малярийного плазмодия практически уникальна и содержит более половины генов, не имеющих гомологии с генами других эукариот. До настоящего времени изучение функционирования генов данного паразита представляло собой крайне сложную задачу. Дело в том, что геном малярийного плазмодия богат повторяющимися АТ-последовательностями, в результате чего его ДНК нестабильна в клетках кишечной палочки, что затрудняет проведение стандартных генно-инженерных манипуляций. Кроме того, с его клетками достаточно сложно работать, так как они плохо поддаются трансфекции и обладают невысоким уровнем гомологичной рекомбинации. Однако в ходе проекта PlasmoGEM (Plasmodium genetic modification project), начатого еще в 2012 году, ученым удалось создать библиотеку нокаутных векторов для вида Plasmodium berghei, несущих ген-специфические молекулярные баркоды, маркирующие соответствующий нокаутный ген. Такие векторы способны эффективно интегрироваться в геном паразита и осуществлять нокаут определенного гена посредством гомологичной рекомбинации, внося при этом молекулярную метку - баркод. Частота обнаружения того или иного баркода, связанного с определенным нокаутным геном, может быть зарегистрирована в результате секвенирования и коррелирует с количеством мутантов, несущих неработоспособный ген.
Используя описанную библиотеку нокаутов, исследователи применили так называемый метод «обратной генетики». Суть подхода заключается в том, что «выключая» отдельные гены, можно определить влияет ли отсутствие их экспрессии на нормальное функционирование организма паразита или нет. Таким образом ученые проанализировали работу более 2 500 генов, составляющих около половины всей белок-кодирующей части генома малярийного плазмодия. Оказалось, что больше 60% генов плазмодия необходимы паразиту для нормального существования на стадии эритроцитарной шизогонии у мышей.
Такой высокий процент жизненно важных генов очень удивил ученых. Для сравнения, организм человека использует около 10% своих генов. Конечно, отсутствие генного разнообразия малярийного плазмодия объясняется, в первую очередь, его паразитическим образом жизни. Существование за счет ресурсов организма хозяина, который поддерживает условия среды обитания паразита на постоянном уровне, значительно уменьшает необходимость в большом генетическом запасе. Тем не менее, аналогичные исследования сальмонеллы и токсоплазмы показали, что их геномы, хоть и содержат намного больше жизненно необходимых генов по сравнению с геномом человека, но все же включают около 60-70% генов, «необязательных» для существования.
Скорее всего, одни и те же гены паразита отвечают сразу за несколько функций, необходимых ему на разных стадиях жизненного цикла. По мнению ученых, с одной стороны, данная особенность малярийного плазмодия им даже на руку. Это упрощает стратегию поиска мишени для лекарств от малярии, делая возможным создание препарата, одинаково эффективно работающего как на тканевой фазе развития паразита, так и на эритроцитарной.
С другой стороны, трудности в профилактическом лечении, а именно в создании противомалярийных вакцин, все же остаются. В ходе исследований ученые убедились в способности паразита быстро удалять из своего генома гены, экспрессирующие белки, распознаваемые иммунной системой хозяина, тем самым постоянно ускользая от иммунного ответа. Эту особенность малярийного плазмодия непрерывно менять свой «генетический облик», возможно, все же удастся преодолеть, выбрав в качестве таргетного гена один из жизненно важных и незаменимых генов паразита.