У малярийных плазмодиев нашли собственные биологические часы

Американские биологи доказали, что циклическое течение малярии обусловлено наличием у малярийного плазмодия собственных циркадных ритмов, которые можно наблюдать даже в культуре in vitro и во время инфекции «асинхронного» хозяина. Результаты экспериментов изложены сразу в двух статьях в Science (1, 2).

Малярия — тяжелое инфекционное заболевание, которое вызывается простейшим из рода Plasmodium. Возбудитель попадает в кровь жертвы с укусом определенного вида комара, и начинает размножаться внутри сначала клеток печени, а затем в эритроцитах — красных кровяных клетках. Течение малярии характеризуется периодической лихорадкой, которая происходит раз в 24, 48 или 72 часа. Цикличность болезни соответствует цикличности развития плазмодиев, которые одновременно разрушают эритроциты и выходят наружу.

Раньше считалось, что циклы развития паразита регулируются циркадными ритмами хозяина, однако ученые выяснили, что плазмодии в основном руководствуются собственными биологическими часами, которые, тем не менее, могут подстраиваться под часы их хозяина. Две разные исследовательские группы на двух видах плазмодия проследили за экспрессией генов паразитов и убедились в ее цикличности вне зависимости от внешних условий.

Ученые из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса работали на мышиной модели малярии, которая вызывается простейшим Plasmodium chabaudi, и изучали транкриптом паразита каждые 3 часа в течение трех 24-часовых циклов. Они выяснили, что экспрессия 60 процентов генов плазмодия подвержена регулярным колебаниям в рамках цикла 24 часа, которые сохранились у мышей со сбитым режимом. В первом случае инфицированных мышей держали в темноте, нарушив их режим сна, а во втором случае хаотично кормили в течение суток, нарушив режим питания. Оказалось, что ни то, ни другое не влияет на цикл развития плазмодия.

Цикличность плазмодия наблюдалась даже у мутантных мышей с выключенным геном Cry, у которых с рождения отсутствовал какой-либо режим дня. Тем не менее через 5-7 дней инфекции синхронность циклов паразитов у таких мышей пропала. В мутантных мышах с удлиненными до 26 часов сутками (т.е. их ежедневная жизнедеятельность укладывалась в 25,7 часов, в то время как у нормальных мышей в 23,7 часов) жизненный цикл плазмодия растянулся соответственно хозяйскому. Исследователи сделали вывод, что каждый малярийный плазмодий регулирует свой жизненный цикл самостоятельно, однако способен воспринимать и сигналы со стороны организма хозяина, которые, видимо, помогают синхронизировать популяцию паразитов.

Исследовательская группа из Университета Дьюка изучала поведение четырех штаммов возбудителя человеческой малярии Plasmodium falciparum в культуре in vitro. Ученые также анализировали состав РНК плазмодиев с интервалом в 3 часа в течение 60-70 часов. Они обнаружили, что как минимум 87 процентов транскриптов плазмодия подвержено циклическим колебаниям. Нужно отметить, что генов, гомологичных основным циркадным регуляторам животных, у плазмодиев нет, тем не менее, даже в культуре их жизненный цикл составил 48 часов с небольшими вариациями от штамма к штамму.

Наблюдения ученых соответствуют существующей теории о том, что в составе организма каждая клетка имеет собственные биологические часы (циркадные ритмы), однако их цикл не обязательно составляет ровно 24 часа. Для подстройки всех клеточных часов нужен «мастер-регулятор», который у млекопитающих расположен в гипоталамусе. За открытие биологических часов и механизма работы в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине, почитать об этом подробнее можно в нашем материале «Ход часов лишь однозвучный».

Дарья Спасская