Cercetătorii de la Universitatea din Heidelberg, Harvard Medical School și Centrul German de Cercetare a Cancerului au descifrat mecanismele moleculare prin care parazitul malariei reușește să se multiplice extrem de rapid în organism. Spre deosebire de celulele umane, care se divid în două celule fiice, parazitul își multiplică mai întâi materialul genetic de sute sau mii de ori înainte de a genera noi celule. Două studii recente arată că paraziții folosesc ancore moleculare specifice și o multiplicare asincronă a nucleilor pentru a optimiza resursele din celulele gazdă, oferind noi oportunități pentru dezvoltarea unor medicamente antimalarice.
- Parazitul malariei își multiplică genomul de până la o mie de ori înainte de a elibera simultan celulele fiice.
- O ancoră moleculară formată din două proteine conectează nucleii noilor celule de corpul parazitului aflat în dezvoltare.
- Multiplicarea asincronă a nucleilor permite utilizarea fără pauză a resurselor proteice limitate ale celulei gazdă.
Ancora moleculară este esențială pentru formarea noilor paraziți
Primul studiu, publicat în revistă The EMBO Journal, a fost realizat de o echipă condusă de profesorul Friedrich Frischknecht de la Universitatea din Heidelberg și profesorul Jeffrey Dvorin de la Boston Children’s Hospital și Harvard Medical School. Cercetătorii au investigat o structură enigmatică observată anterior la microscopul electronic, a cărei funcție era necunoscută.
Analizele au arătat că două proteine formează o ancoră moleculară ce leagă fiecare nucleu nou de vârful parazitului fiică aflat în formare. În absența acestei legături, producerea descendenților în celulele sanguine a fost grav afectată. Paraziții modificați genetic cărora le lipsea o componentă a ancorei își puteau replica genomul, dar nu mai produceau descendenți viabili.
Efectele au fost evidente mai ales în cazul țânțarilor, unde formarea sporozoților — stadiul infecțios transmis oamenilor — a fost aproape complet oprită.
Fără această structură de legătură, întregul proces de formare a celulelor fiice se prăbușește, iar paraziții devin incapabili să invadeze celulele gazdă.
Competiția pentru resurse proteice optimizează viteza de multiplicare
Cel de-al doilea studiu, publicat în Nature Communications de echipa dr. Markus Ganter de la Universitatea din Heidelberg și dr. Nils Becker de la Centrul German de Cercetare a Cancerului (DKFZ), s-a concentrat pe modul în care sunt generați nucleii parazitului în etapa sanguină a infecției.
În interiorul aceleiași celule, nucleii se multiplică într-un mod asincron neobișnuit: în timp ce un nucleu își duplică genomul, un nucleu vecin se poate afla deja în diviziune. Folosind microscopia live de înaltă rezoluție și modelarea matematică, cercetătorii au arătat că nucleii competiționează pentru o resursă proteică comună și limitată.
Fiecare nucleu își duplică materialul genetic pe rând, așteptând ca resursa să devină din nou disponibilă. Acest sistem evită timpii morți și permite parazitului să se multiplice chiar mai rapid decât dacă toți nucleii s-ar diviza simultan.
Sistemul de multiplicare asincronă permite parazitului să utilizeze resursele proteice fără pauze, accelerând proliferarea în celulele sanguine.
Mecanismele specifice de proliferare deschid noi căi de tratament
Tratamentele antimalarice actuale acționează asupra multiplicării paraziților în sânge sau în ficat, însă patogenii dezvoltă frecvent rezistență la terapii. În organismul uman, un singur parazit aflat într-o celulă hepatică poate genera zeci de mii de descendenți care infectează ulterior globulele roșii, unde fiecare parazit produce aproximativ 30 de celule fiice.
În țânțar, parazitul se multiplică în peretele intestinal, unde o singură celulă poate genera în jur de 5.000 de descendenți care migrează spre glandele salivare pentru a fi transmite gazdei umane.
Identificarea acestor vulnerabilități moleculare specifice le oferă cercetătorilor noi ținte directe pentru dezvoltarea unor terapii capabile să prevină adaptarea parazitului și instalarea rezistenței la tratament.
Ce părere aveți despre utilizarea modelării matematice și a geneticii pentru descoperirea noilor tratamente împotriva bolilor infecțioase?
