Wetenschap
Een dieper begrip van de seksuele ontwikkeling van malariaparasieten ontsluit mogelijkheden om de verspreiding van ziekten te blokkeren
Voor het eerst zijn de ontwikkelingsstadia van de dodelijkste menselijke malariaparasiet in hoge resolutie in kaart gebracht, waardoor onderzoekers deze zich steeds aanpassende tegenstander gedetailleerder kunnen begrijpen dan voorheen mogelijk was.
De studie, gepubliceerd in Science , beschrijft de kritische ontwikkelingsstadia van de malariaparasiet Plasmodium falciparum, met behulp van single-cell RNA-sequencing. Dit geeft gedetailleerde informatie over de levensfasen van deze parasiet terwijl hij volwassen wordt, waarbij hij verandert van een aseksuele toestand naar een seksuele toestand, wat nodig is voordat de parasiet kan worden overgedragen op muggen.
Het onderzoek van het Wellcome Sanger Institute, het Malaria Research and Training Centre (MRTC) in Mali en andere medewerkers draagt bij aan de gratis beschikbare Malaria Cell Atlas. De Atlas biedt informatie voor onderzoekers over de hele wereld om onderzoek te doen en hulpmiddelen te genereren om de ziekte te volgen.
De nieuwe inzichten die toegankelijk zijn via de Malaria Cell Atlas kunnen ook helpen bij het identificeren van nieuwe manieren om de ontwikkeling van de parasiet te blokkeren, onder meer via nieuwe medicijnen of vaccins die overdracht kunnen voorkomen.
Malaria is een levensbedreigende ziekte met naar schatting 249 miljoen gevallen en 608.000 sterfgevallen wereldwijd in 2022. De ziekte wordt veroorzaakt door de Plasmodium-parasiet, waarbij P. falciparum de dodelijkste soort van deze parasiet is en de meest voorkomende op het Afrikaanse continent.
P>P. falciparum is een eencellige parasiet die zich snel ontwikkelt, waardoor het moeilijk is om langdurige en effectieve diagnostiek, medicijnen en vaccins te ontwikkelen om ertegen te beschermen. Malariaparasieten hebben een enorme genetische diversiteit en mensen zijn vaak besmet met meerdere verschillende parasietstammen. In Mali is ongeveer 80 procent van de met malaria geïnfecteerde mensen drager van meerdere genetisch verschillende parasietstammen.
Malariaparasieten worden in een aseksuele of seksueel ontwikkelde vorm aangetroffen bij de menselijke gastheer. Aseksuele replicatie bij mensen veroorzaakt de symptomen van malaria, maar om de ziekte over te dragen moeten parasieten zich ontwikkelen en een mannelijke of vrouwelijke voortplantingscel worden, ook wel gametocyt genoemd.
Seksuele betrokkenheid en ontwikkeling worden gecontroleerd door transcriptiefactoren, dit zijn eiwitten die de genactiviteit reguleren. De volwassen seksuele vormen van de parasiet circuleren in de bloedbaan totdat ze worden opgenomen door muggen.
In het laatste onderzoek van het Wellcome Sanger Instituut en de MRTC in Mali gebruikten onderzoekers zowel langgelezen als kortgelezen single-cell RNA-sequencing om de seksuele ontwikkelingsstadia van P. falciparum in het laboratorium in kaart te brengen. Hierdoor konden ze de genexpressieniveaus volgen en benadrukken welke genen bij elke fase van het proces betrokken zijn.
Het team paste deze aanpak vervolgens toe op parasieten uit bloedmonsters verzameld van vier mensen die van nature met malaria besmet waren in Mali. Dit is de eerste keer dat deze technologieën met zo'n hoge resolutie worden toegepast op realtime infectiestammen.
Door de laboratoriumgegevens te vergelijken met de gegevens over natuurlijke infecties, vonden de onderzoekers celtypen van parasieten die nog niet eerder in laboratoriumstammen waren aangetroffen, wat het belang van gegevens uit de echte wereld benadrukt.
Het team vergeleek verschillende natuurlijke P. falciparum-stammen binnen elke donor om interessante genen te identificeren.
Sommige van de genen die in bepaalde stammen in de seksuele ontwikkelingsstadia tot overexpressie kwamen, zijn betrokken bij het overleven van de parasiet in de mug, waaronder een die een rol speelt bij het temperen van de immuniteit van muggen. De volgende stap zal zijn het beoordelen van de impact die deze genen hebben op de overdracht.
Jesse Rop, co-eerste auteur van het Wellcome Sanger Institute, zei:"Dit is de eerste keer dat we de seksuele ontwikkelingsstadia van malariaparasieten in zowel laboratorium- als natuurlijke stammen in kaart hebben kunnen brengen, waardoor we dieper inzicht kunnen krijgen in de overeenkomsten en verschillen. Ons onderzoek heeft nieuwe biologie blootgelegd die aanwezig is in de natuurlijk voorkomende stammen en die niet voorkomen in laboratoriumstammen, waardoor ons begrip van de manier waarop malaria zich ontwikkelt en verspreidt wordt verbeterd."
Dr. Sunil Dogga, co-eerste auteur van het Wellcome Sanger Institute, zei:"Ons onderzoek draagt bij aan de groeiende malariacelatlas en biedt onderzoekers over de hele wereld een hoogwaardige, open toegankelijke genomische bron. Deze atlas met hoge resolutie kan gebruikt door wetenschappers om een duidelijk inzicht te krijgen in de genen die ze onderzoeken, onderzoeksinspanningen te combineren en ons te helpen malaria effectiever te voorkomen, beheersen en behandelen. Samenwerken als wetenschappelijke gemeenschap is de enige manier waarop we malaria met succes kunnen beheersen en behandelen malaria."
Professor Abdoulaye Djimdé, co-auteur van het Malaria Research and Training Centre, Universiteit van Bamako, Mali, en erefaculteit van het Wellcome Sanger Institute, zei:“Malaria heeft een enorme mondiale impact en treft jaarlijks miljoenen mensen. Het onder controle houden en behandelen van de ziekte wordt snel overwonnen door de parasiet. Een beter begrip van de levenscyclus van de parasiet, de betrokken genen en de factoren die deze controleren, kan van cruciaal belang zijn voor het lopende malariaonderzoek parasiet, die, als deze wordt aangepakt in de toekomstige ontwikkeling van geneesmiddelen, de transmissiecyclus zou kunnen doorbreken en de verspreiding zou kunnen helpen minimaliseren."
Dr. Mara Lawniczak, senior auteur van het Wellcome Sanger Institute, zei:“Deze nieuwe focus van het Malaria Cell Atlas-project op natuurlijke infecties valt samen met het voor het eerst gebruiken van malariavaccins en een voortdurende stijging van de resistentie tegen geneesmiddelen. sequencing geeft ons een inzicht in het gebruik van parasietgenen dat met geen enkele andere aanpak mogelijk is, terwijl het ook een veel duidelijker inzicht geeft in hoe genetisch divers parasieten zijn, zelfs binnen dezelfde persoon. De Malaria Cell Atlas is een hulpbron waarvan we hopen dat die dat zal zijn steeds nuttiger op weg naar de uitroeiing van malaria."