Малярийный плазмодий строение клетки: Плазмодий малярийный

Плазмодий малярийный

Существует четыре вида плазмодиев, вызывающих у человека малярию, — Plasmodium vivax, P. malariae, P. falciparum, P. ovale. Их строение и жизненный цикл очень сходны, поэтому рассмотрим обобщенного малярийного плазмодия.

Цикл малярийного плазмодия

Начнем рассмотрение жизненного цикла со стадии спорозоита, который представляет собой маленькую веретеновидную клетку, длиной 10—15 микрометров. Спорозоиты попадают в кровь человека при укусе комара. С током крови они разносятся по всему телу, попадают в печень, активно внедряются в нее и начинают расти. Достигшие значительной величины клетки приступают к множественному делению, т.е. бесполому размножению. При этом вокруг каждого из ядер обособляется участок цитоплазмы, и все тело паразита оказывается поделенным на значительное число мелких клеточек. Такое множественное деление называется шизогонией, а образовавшиеся в результате клетки — мерозоитами. Мерозоиты снова внедряются в клетки печени, и цикл повторяется. Однако в определенный момент в печени образуются мерозоиты, дальнейшая судьба которых оказывается совершенно иной.

Эти мерозоиты внедряются уже не в клетки печени, а в красные кровяные тельца — эритроциты. В эритроците паразит растет, однако не достигает таких размеров, как в клетках печени. Сначала он имеет форму колечка, потому что центральную часть клетки занимает большая прозрачная вакуоль. Постепенно вакуоль исчезает, а плазмодий превращается в маленькую амебу. Форма ее тела, как у настоящих амеб, непостоянна, и она способна двигаться при помощи псевдоподий внутри эритроцита. Эта маленькая амеба питается за счет содержимого эритроцита, используя, в частности, гемоглобин.

Затем паразит снова переходит к множественному делению, в результате которого распадается на определенное количество мерозоитов — мелких овальных клеток диаметром около 2 микрометров. В этот момент оболочка эритроцита лопается, и мерозоиты попадают в плазму крови. Вместе с мерозоитами в кровь попадают и ядовитые продукты обмена веществ паразитов, которые накопились внутри эритроцитов. Попадание в кровь ядовитых веществ вызывает у человека ощущение страшного озноба, а затем приступа лихорадки с высокой температурой. Мерозоиты внедряются в новые эритроциты, растут, делятся, и цикл бесполого размножения повторяется. Время между шизогониями различно у разных видов плазмодиев и всегда постоянно. Например, у P. ovale и P. vivax шизогония происходит каждые 48 часов, у P. malariae — каждые 72 часа. Соответственно и приступы лихорадки у человека повторяются через строго определенное время. P. ovale и P. vivax вызывают трехдневную лихорадку, когда приступы озноба повторяются через день, P. malariae — четырехдневную лихорадку, когда приступы наступают через 2 дня на третий.

Развитие малярийного плазмодия

Процесс шизогонии, однако, не беспределен. Через несколько циклов бесполого размножения плазмодии переходят к подготовке образования половых клеток. На этой стадии мерозоиты превращаются в незрелые половые клетки, называемые гаметоцитами. Образуются гаметоци-ты двух типов: микрогаметоциты, дающие в дальнейшем начало мужским половым клеткам, и макрогаметоциты — женским гаметам. На этом этапе жизнь плазмодия в организме человека прекращается, для дальнейшего развития ему необходимо попасть в основного хозяина — малярийного комара (Anopheles).

Комар является основным хозяином паразита, так как в нем происходит процесс полового размножения плазмодия. Человек, в организме которого осуществляется бесполое размножение паразитов, служит в данном случае промежуточным хозяином.

Для того, чтобы цикл развития паразита не прервался, должно совпасть несколько условий. Во-первых, крови больного человека должна напиться самка малярийного комара. Во-вторых, в этот момент в крови больного должны находиться гаметоциты, и наконец, должны быть благоприятные внешние условия, главным образом температура, чтобы началось размножение плазмодиев в теле комара.

Итак, вместе с кровью больного в желудок комара попали гаметоциты малярийного плазмодия. Каждый микрогаметоцит делится в желудке комара на 4 или 8 нитевидных микрогамет. Это мужские гаметы. Макрогаметоцит не делится, а сразу преобразуется в женскую макрогамету. Здесь же в желудке происходит оплодотворение, и образуется зигота. Зигота малярийного плазмодия подвижна, она прорывает стенку желудка комара и закрепляется на ней с наружной стороны. Здесь она покрывается оболочкой, которую образует за счет тканей комара, и начинает быстро расти. При этом объем цисты увеличивается в несколько сотен раз. По мере роста происходит многократное деление цисты, которое завершается образованием длинных, до 14 микрометров, и очень тонких (1 микрометров) спорозоитов. Одна циста дает до 10 ООО спорозоитов. Зрелая циста лопается, и спорозо-иты попадают в полость тела комара, заполненную гемолимфой (кровью). Подвижные спорозоиты активно двигаются в полости тела и проникают в слюнные железы комара.

Здесь они накапливаются в огромных количествах.

Комар, кусая человека, впрыскивает в ранку слюну, содержащую вещества, препятствующие быстрому свертыванию крови. Вместе со слюной в кровь попадают спорозоиты. Так происходит заражение человека малярией. В организме человека начинается новый цикл бесполого размножения паразита. Таким образом, оба хозяина малярийного плазмодия взаимно заражают друг друга только определенными стадиями развития паразита: комар заражается только гаметоцитами из крови человека, а человек — спорозоитами из слюны комара.

Низкая температура плохо сказывается на развитии плазмодия в организме комара: плазмодии либо погибают, либо их развитие сильно замедляется. Теплолюбивость плазмодиев определила географическое распространение малярии: области распространения (ареалы) малярийных комаров рода Anopheles много шире, чем ареал возбудителя малярии.

В прошлом веке малярия в России была широко распространена в Поволжье, на Кавказе и других южных регионах. В XX веке благодаря борьбе с малярией и профилактике, этого заболевания оно было практически полностью ликвидировано на территории России. В последние годы наблюдаются случаи заболевания малярией вследствие завоза возбудителей больными из южных тропических стран. 

Малярия, эволюция, янтарь – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

Участники застольных бесед Плутарха обсуждали разнообразные занятные вопросы. Самый знаменитый из них – что было раньше курица или яйцо? Современные биологи заняты куда более осмысленными и интересными вопросами. Например, одноклеточное существо, вызывающее малярию, паразитирует, как известно, в организме комара и человека. Но в чьем организме оно завелось изначально, а к кому проникло потом?

Конечно, биологи понимают, что малярийный плазмодий (Plasmodium), не перешел к паразитизму в какой-то один момент, а такой образ жизни вели и его предки. Просто возбудители малярии в результате мутаций приобрели способность жить и в человеческом организме. Но это не отменяет наш вопрос, а лишь переводит его на более высокий уровень. Ведь все представители гемоспоридий, или кровяных споровиков, (

Haemospororida) – отряда, к которому относится малярийный плазмодий, ведут сходный образ жизни. Они паразитируют в крови позвоночных животных и в организме кровососущих насекомых. Среди хозяев гемоспоридий есть и рептилии, и птицы, и млекопитающие (преимущественно, грызунов и приматов). В одном только роде Plasmodium более 200 видов. К ним, например, относится Plasmodium galinaceum, вызывающий тяжелое заболевание кур, или Plasmodium relictum – возбудитель другого типа птичьей малярии.

В 1972 году ученые описали в Индии новый вид гемоспоридий, живущий в крови пресноводной рыбы Ophicephalus punctatus. Это очень необычно, так как рыб не кусают обычные переносчики малярии – двукрылые насекомые. Вид получил название Mesnilium malariae. Исследователи предположили, что в данном случае в качестве второго хозяина могли выступать кровососущие пиявки, но пока это не доказано. По другой гипотезе, рыбы становятся случайными хозяевами паразита, поедая насосавшихся крови самок комаров. Для решения этого вопроса данных пока недостаточно.

Итак, нас интересует, был ли момент, когда жившие в крови древних рептилий древние гемоспоридии попали в организм не менее древних кровососущих насекомых, или же все было наоборот – древние гемоспоридии жили в организме древних насекомых, а когда те стали сосать кровь рептилий, попали туда и приспособились жить на два дома.

Мы напомним, как выглядит цикл развития гемаспоридий, на примере возбудителя человеческой малярии. Болезнь человека вызывают лишь пять видов плазмодиев: Plasmodium vivax, Plasmodium falciparum, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae и Plasmodium knowlesi, который также живет в организме длиннохвостого макака (Macaca fascicularis).

P. ovale может передаваться шимпанзе, а P. vivax – шимпанзе и орангутангам, вызывая ослабленную форму болезни. Обычно же плазмодии придерживаются одного хозяин и не поражают других животных. И, соответственно, виды плазмодия, паразитирующие в крови других видов, безопасны для человека. Генетически ближайшими предками человеческих плазмодиев оказывают плазмодии, которые живут в организме горилл. Переносчиком малярии человека служат комары рода Anopheles.

После укуса самки комара плазмодий попадает в кровь человека. Он представляет собой вытянутую клетку длиной 10 – 15 микрометров при ширине всего в один микрометр. С кровью плазмодий рано или поздно попадает в печень. Там он внедряется в клетки печени, растет и делится. Получающиеся в результате новые клетки также внедряются в клетки печени. Так проходит одно или несколько поколений бесполого размножения в клетках печени. Наконец, после очередного деления новое поколение клеток внедряется уже не в клетки печени, а в эритроциты.

Зараженные эритроциты плывут по кровеносным сосудам, а внутри них живут и снова и снова делятся клетки плазмодия. На этот раз они гораздо меньшего размера – диаметром примерно два микрометра. Наконец, оболочка эритроцита лопается, и клетки плазмодия вновь попадают в кровь. Поражает синхронность этого процесса. Plasmodium vivax, Plasmodium falciparum и Plasmodium ovale прорывают эритроциты и выходят в кровь каждые 48 часов, Plasmodium malariae – каждые 72 часа. Именно в эти моменты у человека начинается приступ – повышается температура, появляется озноб и так далее. Это объясняется тем, что в кровь попадают токсические вещества – продукты жизнедеятельности плазмодия, которые раньше находились внутри оболочки эритроцита. Клетки плазмодия вновь внедряются в эритроциты и приступают к делению. Цикл начинается заново, и с каждым разом поражается всё больше эритроцитов.

Но бесполое размножение плазмодия не продолжается бесконечно. После нескольких циклов обычные клетки плазмодия превращаются в так называемые микрогаметоциты и макрогаметоциты, которые дадут начало мужским и женским половым клеткам. Чтобы началась половая фаза размножения, эти клетки должны попасть в кишечник комара. Там происходит оплодотворение, и оплодотворенная клетка (

ооциста) закрепляется на стенке кишечника. Она растет, увеличиваясь в сотни раз, а внутри нее многократно делится ядро. Наконец, в клетке образуется огромное количество маленьких одноядерных клеток – спорозоитов, она прорывается, и спорозоиты, червеобразно изгибаясь, устремляются в слюнные железы комара. Из одной оплодотворенной клетки может получиться до 10 тысяч спорозоитов. Когда комар вновь укусит человека, спорозоиты попадут в его кровь, устремятся в печень и цикл развития малярийного плазмодия повторится. У плазмодия есть еще один вариант развития, открытый лишь в 1980-х годах. Это так называемые гипнозоиты, «спящие клетки», которые находятся в покоящемся состоянии внутри клеток печени и могут стать причиной возвращения заболевания годы спустя.

 

Жизненный цикл возбудителя малярии Plasmodium falciparum

Наиболее древними позвоночными, в крови которых могут жить гемоспоридии, оказываются рептилии. Палеонтологи обнаружили в бирманском янтаре мелового периода останки представителей рода Protoculicoides из семейства мокрецов (Ceratopogonidae), в организме которых нашли гемоспоридий, получивших название Paleohaemoproteus burmacis. Судя по анатомическому строению ротового аппарата, эти мокрецы кусали рептилий (да и млекопитающие в меловом периоде были немногочисленны).

 

Мокрец из рода Protoculicoides в янтаре. Стрелка показывает скопление ооцист плазмодия

Ооцисты (слева) и спорозоиты (справа) из брюшной полости этого мокреца

Нашел их палеоэнтомолог, известный специалист по находкам в янтаре Джордж Пойнар (George Poinar, Jr.) из Орегонского университета, о работах которого нам уже не раз приходилось рассказывать. Пойнар и Сэм Телфорд (Sam R. Telford III), который специализируется на паразитах крови у животных, сумели разглядеть в полости тела заключенного в янтаре древнего мокреца 35 ооцист. Некоторые из них уже разорвались, и оттуда выходили спорозоиты, что доказывает наличие половой стадии размножения паразита в организме насекомого еще 100 млн. лет назад.

Специалисты давали разные ответы на вопрос о развитии паразитизма со сменой хозяина у гемоспоридий. Если в 1940-х годах высказывали мнение, что первыми их хозяевами были насекомые, то в потом долгое время преобладала точка зрения, что гемоспоридии появились у рептилий, а недавно некоторые авторы вновь стали склоняться к первичности насекомых. Серьезным аргументом в пользу этого варианта служит тот факт, что половая стадия развития у плазмодиев и прочих гемоспоридий происходит только в организме насекомого и никогда – в позвоночных.

Помочь дать ответ на вопрос могла бы точная классификация гемоспоридий и их возможных родственников, которых обычно объединяют в тип апикомплексов (Apicomplexa). Дело в том, что, установив ближайших родственников гемоспоридий, можно будет сделать вывод о том, где жили древнейшие их представители. На эту роль претендуют две группы: кокцидии и грегарины. Кокцидии (Coccidia) способны жить в организме позвоночных, хотя встречаются и у членистоногих, моллюсков и даже кольчатых червей. Самый знаменитый их представитель – токсоплазма (Toxoplasma gondii), предпочитающая жить в кошках, а в качестве промежуточных хозяев использующая других млекопитающих или же птиц. Грегарины (Gregarine) же напротив специализируются на паразитировании в беспозвоночных, очень часто – именно в насекомых. Если гемоспоридии окажутся эволюционно близки к грегаринам, значит и они начинали свою карьеру в организме насекомых.

Но построить эволюционное древо апикомплексов по данным ДНК пока нельзя из-за нехватки материала. Геномы всех возбудителей человеческой малярии уже прочитаны, но сотни других видов пока ждут своей очереди. В результате полное дерево пока не построено, часть ветвей непонятно, куда присоединить, а у других неясен порядок ветвления. Для определения эволюционных взаимоотношений часто используют последовательность рибосомальной РНК, но у плазмодиев и других гемоспоридий есть несколько вариантов рибосомальной РНК, которые экспрессируются на разных стадиях жизненного цикла и способны рекомбинировать друг с другом, что еще более осложняет задачу. Используют также и циркумспорозоитный белок, который есть у всех видов плазмодиев, но данный белок, находится на поверхности клетки плазмодия и поэтому подвергается сильному селективному давлению иммунной системы хозяина, что может скрыть важные изменения.

Пока, как удалось установить японским ученым, построившим филогенетическое древо части гемоспоридий на основе гена, кодирующего белок цитохром b, общий предок родов  Plasmodium, Haemoproteus и Hepatocystis жил в крови представителей отряда чешуйчатых, то есть змей и ящериц. Потенциальными его переносчиками могли быть все те же мокрецы (наиболее древняя группа), а также москиты (Phlebotominae), комары (Culicidae) или слепни (Tabanidae).

В недавней публикации в журнале American Entomologist Джордж Пойнар подытоживает известные к настоящему моменту факты и пытается сделать выбор в пользу кокцидий или гренадин как предков гемоспоридий. Он отмечает, что кокцидии хотя и живут порой в организме насекомых, не встречаются у представителей отряда двукрылых – переносчиков малярийного плазмодия и других гемоспоридий. Единственный известный вид двукрылых, заражаемый кокцидиями – Tipula abdominali, в личинках которого живет открытая в 1947 году кокцидия Ithania wenrichi. Блохи способны переносить кокцидий, но в их организме кокцидии не размножаются, ни половым, ни бесполым путем. Ни у какой из групп насекомых, которые переносят гемоспоридий, кокцидии не встречаются.

Грегарины, напротив, у комаров, мокрецов и москитов широко встречаются, а жизненный цикл одной из их групп (Neogregarinorida) состоит из полового и бесполого поколений, напоминающих стадии жизненного цикла гемоспоридий. Есть схожие случаи и в другой группе (Eugregarinorida), например вид Ascogregarina culicis, живуший в комарах. Он не меняет хозяев, но различные стадии его жизненного цикла проходят в личинке, куколке и взрослой особи комара. При этом в личинке и куколке происходит бесполое, а в организме взрослого насекомого половое размножение.

В вышедшей в 2013 году под редакцией Изабель Деспорт (Isabelle Desportes) и Жозефа Шревеля (Joseph Schrével) фундаментальной монографии о гренадинах отмечался ряд черт, объединяющих некоторые виды гренадин с гемоспоридиями. В их число входят особенности строения мембран, структура некоторых белков, процесс образования жгутиков. Основываясь на всех этих доводах, Пойнар склоняется к гипотезе родства гемоспоридий с гренадинами, а значит к тому, что первичными хозяевами их были насекомые.

Под влиянием малярийного плазмодия комаров сильнее привлекает запах человека

Ученые выяснили, что комары, зараженные малярийным плазмодием, сильнее стремятся на запах человека, чем незараженные комары. Это помогает паразиту быстрее проходить цикл развития. Налицо манипуляция паразита поведением своего хозяина.

Малярия каждый год поражает 200 миллионов человек в мире, и в среднем 770 тысяч от нее умирают. Возбудитель болезни — одноклеточный организм (простейшее), малярийный плазмодий Plasmodium falciparum. В кровь человека плазмодий попадает при укусе комара рода Anopheles. Его жизненный цикл состоит из двух стадий. В организме человека он размножается бесполым путем в печени, а затем поступает в кровь и разрушает эритроциты. Поступающие при этом в кровь продукты жизнедеятельности плазмодия и разрушенных эритроцитов вызывают у человека приступы жестокой лихорадки. Если комар напьется крови больного человека, паразит попадает в его кишечник, в котором происходит половое размножение. Образуется ооциста, при разрыве которой несколько тысяч плазмодиев распространяются по телу комара и проникают в слюнные железы. И так далее.

Группа исследователей под руководством специалистов Лондонской школы гигиены и тропической медицины опубликовала результаты своего эксперимента в журнале PLoS ONE. Они решили экспериментально проверить предположение, что зараженные плазмодием комары начинают чаще и больше пить кровь человека. И поставили очень простой опыт.

Самок комаров Anopheles gambiae ученые инфицировали в лабораторных условиях. Для этого им давали пить кровь, в которой жили простейшие Plasmodium falciparum. Выборочно проверив некоторых особей на содержание в них плазмодия, убедились, что паразиты нашли своего хозяина и поселились в кишечнике комаров.

Затем исследователи пропитали нейлоновую губку человеческим потом и поместили ее вместе с контрольной губкой без запаха в стеклянный резервуар. В этом простейшем приборе сравнивали поведение зараженных и незараженных комаров. На губку без запаха комары практически не садились, а запах человека их привлекал. Но подсчет показал, что

зараженные плазмодием комары втрое больше времени проводили на поверхности пахучей губки, чем незараженные.

Раз их больше привлекает запах, значит, и кровь они пьют больше. Малярийному плазмодию от такого поведения сплошная выгода — ему надо из комара попасть в кровь человека, чтобы продолжить жизненный цикл.

Паразиты, таким образом, манипулируют своими хозяевами.

И это не единственный случай. Паразитизм — чрезвычайно адаптивная форма жизнедеятельности, и эти простые организмы настолько хитро устроены, что приспосабливают хозяина под себя, для своего лучшего проживания и размножения.

В данном случае паразиты каким-то образом изменяли обоняние комаров, делая их более чувствительными к запаху человека.

О том, как они это делают, авторы статьи рассуждают, упомянув предыдущие исследования. Тогда было показано, что у инфицированного комара изменяется содержание 12 белков в тканях головы. В их числе белок обонятельной системы OBR и рецептор к нему. Возможно, именно в этом кроется механизм усиления человеческой притягательности.

Ученые собираются продолжать исследования, чтобы выяснить, как зависит обоняние комаров от стадии развития малярийного плазмодия. Они собираются во время полета комара на запах при помощи микроэлектрода снимать электрическую активность с обонятельных нейронов. А также проверить свои выводы на множестве людей с разным запахом.

Практическая польза, которую может принести данное открытие для борьбы с малярией, очевидна. Выделив специфические вещества, привлекающие зараженных комаров, можно конструировать специальные ловушки.

Апикомплексы (споровики), подготовка к ЕГЭ по биологии

Споровики (апикомлексы) — тип паразитических простейших, произошедших, вероятно, от жгутиконосцев. Наиболее известные представители: малярийный плазмодий, токсоплазма, криптоспоридии.

Малярийный плазмодий

Малярийный плазмодий вызывает тяжелое заболевание — малярию. Призываю вас строго разграничить два понятия. Есть «возбудитель» заболевания — малярийный плазмодий, а есть «переносчик» — малярийный комар.

Существует еще два важных понятия: промежуточной и основной хозяин. Промежуточный хозяин, в организме которого происходит бесполое размножение, для малярийного плазмодия — человек, млекопитающие. Основной хозяин, в организме которого осуществляется половое размножение — комар рода Anopheles.

Только малярийный комар (комар рода Anopheles) может переносить малярийного плазмодия, но имейте в виду, что не все комары рода Anopheles инфицированы малярийным плазмодием — есть и здоровые особи, поэтому укус комара рода Anopheles не всегда приводит к заболеванию малярией.

Жизненный цикл малярийного плазмодия довольно сложный, есть несколько новых понятий, с которыми вам предстоит познакомиться. Я же постараюсь сделать материал интересным, а от вас потребуется то, что важнее знаний — воображение.

Жизненный цикл малярийного плазмодия

Цикл состоит из 3 стадий: шизогония, гаметогония, спорогония. Начнем со спорогонии, стадии, которая протекает в организме комара перед тем, как он укусит человека.

• Спорогония — половой цикл

Спорогония малярийного плазмодия происходит в самке малярийного комара. Мерозоиты (в дальнейшем будет понятно, откуда взялась эта жизненная форма), попав в желудок комара, перевариваются, а гаметоциты трансформируются в гаметы. Гаметы сливаются друг с другом, образуется зигота, из которой через несколько часов появляется клетка веретеновидной формы — оокинента.

Оокинета внедряется в толщу кишечной стенки комара, делится мейозом на четыре споры. Каждая спора покрываются капсулой, образуется ооциста. Ооциста растет и делится митозом на несколько тысяч спорозоитов. Такое активное деление разрывает ооцисту (на этом этапе ее называют — спороциста), после чего спорозоиты выходят в полость тела и собираются в слюнных железах комара.

• Шизогония — множественное деление

Теперь совершенно очевидно, что с укусом комара в кровь человека, млекопитающего попадает именно спорозоит. Перемещаясь по кровяному руслу, спорозоиты достигают печени и проникают в ее клетки где начинается следующая стадия — множественного деления (шизогония). Митоз происходит без деления цитоплазмы, поэтому количество ядер в шизонте растет — созревают молодые шизонты.

Когда число ядер достигает передела, происходит деление цитоплазмы вокруг ядер и обособление клеток (соответственно числу ядер). В результате в клетках печени происходит катастрофа: сами клетки разрушаются, а из них выходят тысячи новых подвижных форм — мерозоитов. Мерозоиты внедряются в эритроциты (красные клетки крови), где вновь начинается шизогония — образуются тысячи шизонтов, которые в итоге разрывают эритроциты (красные клетки крови).

Мы с вами только что обсудили две шизогонии: тканевую — в клетках печени, и эритроцитарную — в эритроцитах (красных кровяных клетках). Замечу, что эритроцитарная шизогония может протекать несколько раз, причем происходит это одномоментно: раз в 48 часов, 72 часа (в зависимости от вида малярийного плазмодия). У человека такой одномоментный выход мерозоитов в кровеносное русло и гема — остатка от разрушенных эритроцитов, сопровождается подъемом температуры до 40°C-41°C.

Затем происходит резкий спад температуры — такая лихорадка носит название истощающая, и нередко заканчивается летальным исходом. Примечательно, что в Средние века, когда не знали, как лечить сифилис, было замечено излечение от сифилиса после перенесенной малярии. Теперь известно, что это действительно связано именно с высокими цифрами температуры, которые губительны для бледной трепонемы (возбудителя сифилиса).

• Гаметогония — образование гамет

Задача любого живого организма — размножаться. Без размножения никогда бы не фиксировались новые случаи заболевания малярией, давайте разберемся, как оно происходит.

После множества повторяющихся эритроцитарных шизогоний часть мерозоитов приобретает способность переходить в новую форму — гаметоциты. Во время укуса комара из кровеносного русла им засасывается кровь с гаметоцитами, которые попадают в желудок вместе с мерозоитами. Цикл замыкается.

Попробуйте самостоятельно рассказать о жизненном цикле малярийного плазмодия, ориентируясь на схему ниже 😉

Токсоплазма

Токсоплазма — простейшее класса споровиков, внутриклеточный паразит. Основные хозяева токсоплазм — семейство кошачьих (в их организме у токсоплазмы идет половое размножение). Промежуточным хозяином (организм, в котором происходит бесполое размножение) являются человек и другие теплокровные.

Заражение токсоплазмой происходит множеством путей — через немытые овощи, непрожаренное мясо, от матери к плоду во время беременности. В кишечнике паразиты попадают в макрофаги, после чего через кровь распространяются по всему телу.

Токсоплазмоз протекает достаточно легко, однако у лиц с иммунодефицитом и беременных женщин последствия могут быть фатальными (у беременных плод может погибнуть).

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Малярийных плазмодиев заставили застревать в клетках крови

Penn State / flickr

Британские генетики, обещавшие заблокировать малярийным плазмодиям не только входы, но и выходы, достигли своей цели. Им удалось выяснить, какой белок является ключевым при выходе паразитов из клеток крови, и заблокировать плазмодиям возможность заражать новые эритроциты. Исследование опубликовано в PLOS Pathogens.

Малярия считается самой опасной инфекционной болезнью в мире. На данный момент ей болеют более двух сотен миллионов людей, и каждый год от нее погибает около полумиллиона. Малярийный плазмодий — одноклеточный организм, который вызывает это заболевание, в течение своего жизненного цикла проходит несколько стадий, переходя от своего основного хозяина, комара из рода Anopheles, к промежуточному хозяину, позвоночному животному — то есть, например, к человеку.

Попав вместе с укусом комара в кровь человека, плазмодий сначала отправляется в клетки печени, где проходит несколько циклов размножения. Через две недели образовавшиеся поколения, которые называются мерозоитами, выходят обратно в кровеносные сосуды. Мерозоиты внедряются в эритроциты и интенсивно размножаются внутри них, после чего эритроциты разрываются, а высвободившиеся мерозоиты сразу же ищут себе новые. Эта стадия повторяется несколько раз, что приводит к лавинообразному увеличению численности мерозоитов. Клинические симптомы малярии, такие как высокая температура и озноб, приурочены к прорыву инфицированных эритроцитов. Некоторые из мерозоитов развиваются в незрелые половые клетки, которые попадают в организм следующего комара при очередном укусе.

Недавно мы рассказывали, как британские ученые разработали механизм, позволяющий частично блокировать вход мерозоитов в эритроциты и снижать эффективность роста внутри них за счет выключения генов роптрий, расположенных в апикальной части плазмодиев. Как мы писали в заметке, те же ученые проводили параллельные наблюдения, изучая и снимая процесс выхода мерозоитов из эритроцитов. Используя методы визуализации клеток, они показали, что мембрана вакуоли эритроцита вначале становится заметно проницаемой, а затем распадается на части. Через две минуты после этого весь цитоскелет эритроцита разрушается практически в одно мгновение. Ученые решили научиться блокировать этот механизм, запирая мерозоитов внутри эритроцитов и не давая им возобновлять цикл размножения.

В новом исследовании им удалось достичь своей цели, обнаружив белок, отвечающий за выход паразитов из кровяных клеток. Внутри эритроцита мерозоиты находятся в специальном компартменте, который ученые сравнивают с амниотическим мешком, заполненном жидкостью. В этой жидкости растворено множество белков, особенно велика там концентрация белка SERA5. Функция его не была понятна, но известно было, что перед разрушением мембраны эритроцита белок активно обрабатывается сериновой и цистеиновой протеазами, что, в свою очередь, происходит после активации этих протеаз цикло-ГМФ-зависимой киназой PKG. Протеазы разрезают SERA5 на несколько доменов. Выяснилось, что при выключении гена, кодирующего SERA5, процесс развития мерозоитов в эритроците несколько замедляется, но не прекращается (процессы вакуолизации внутри клетки и создания необходимых паразиту пор проходят обычным путем) а вот процесс выхода мерозоитов из клетки оказывается нарушен самым кардинальным образом. Мембрана эритроцита в таких случаях разрушается даже раньше, чем нужно, но около половины мерозоитов застревают в ее частях и не могут эффективно заражать соседние клетки.

Выяснилось также, что если ген не выключать полностью, а изменить, «запретив» протеазам обрабатывать его, это также нарушает выход мерозоитов из эритроцита. По-видимому, именно разрезание SERA5 протеазами обеспечивает правильную динамику этого процесса, и нарушение функций этого белка позволяет остановить циклы размножения паразита. Ученые считают, что новые данные позволят разрабатывать соответствующие лекарственные препараты и более эффективно лечить пациентов, больных малярией.

К лечению и предотвращению малярии ученые подходят с разных сторон — недавно мы рассказывали, например, как с помощью геномного редактирования системой CRISPR-Cas9 ученые создавали устойчивых к малярии комаров, которые не смогут быть разносчиками инфекций.

Анна Казнадзей

Малярийный плазмодий. — Биология — Презентации

Малярийный плазмодий

Класс Споровики

Систематика плазмодия

• Малярийный плазмодий относится к простейшим микроорганизмам
• царства протиста (protista),
• класса споровиков (sporozoa),
• отряда гемоспоридий (haemosporidia),
• рода plasmodium.

• Виды малярийных плазмодиев Plasmodium Vivax, Plasmodium Malariae, Plasmodium Falciparum И Plasmodium Ovale опасны для человека, так как являются причиной возникновения малярии .

• Вид малярийных плазмодиев Plasmodium Ovale – более редкий, и подхватить его можно только в африканских или азиатских тропиках.

• Малярийный плазмодий вызывает у человека такое опасное протозойное заболевание, притом хроническое и протекающее с рецидивами, как малярия, от которого, по данным Всемирной организации здравоохранения, во всем мире каждый год уходит из жизни почти 2 млн. человек.

• И сегодня в списке инфекционных заболеваний со смертельным исходом на первом месте стоит не СПИД, а  малярия .

Строение малярийного плазмодия

• Единственный путь, которым малярийный плазмодий проникает в организм человека, это укус комара .

• И из более трех тысяч существующих в природе видов этих двукрылых насекомых данный паразит переносится только малярийным комаром рода анофелес (Anopheles superpictus).

• Этот комар обязательно должен быть самкой, так как именно ей нужна кровь как источник белков для выведения яиц.

• В момент укуса комар впрыскивает в кожу человека слюну (чтобы кровь не свертывалась), и вместе со слюной в кожу попадают спорозоиты малярийного плазмодия.

Строение малярийного плазмодия

• Спорозоит — репродуктивная форма только одной стадии жизненного цикла этого протиста. Строение малярийного плазмодия на стадии спорозоитов имеет вид продолговатых и слегка изогнутых клеток размером не более 15 мкм .

• Основной хозяин малярийного плазмодия — комар анофелес, поскольку в его организме плазмодий занимается спорогонией (половым размножением).

• Человек — промежуточный хозяин малярийного плазмодия , так как организм Homo sapiens он использует для агамогенеза=бесполого размножения.

• Биологи выяснили, что у одноклеточных рода Plasmodium бесполое размножение имеет особую форму шизогонии , когда первоначальная клетка делится не на две дочерние, а сразу на множество.
• Таким образом размножение малярийного плазмодия адаптировано к способу его распространения – от одного хозяина к другому.

Цикл развития малярийного плазмодия

• Жизненный цикл малярийного плазмодия:   1 — спорозоиты, 2-4 — шизогония в печени (
• 2 — спороит, внедрившийся в печеночную клетку,
• 3 — растущий шизонт с многочисленными ядрами,
• 4 — шизонт, распадающийся на мерозоиты),
• 5-9 — эритроцитарная шизогония,
• 10 — мерозоиты,
• 11-12 — гаметогония и образование гамонтов,
• 13 — макрогамета,
• 14 — микрогамонт,
• 15 — образование микрогамет (фрагелляция),
• 16 — копуляция, 17 — зигота,
• 18 — подвижная зигота (оокинета),
• 19 — проникновение оокинеты сквозь стенку кишечника комара,
• 20 — превращение оокинеты в ооцисту на наружной стенке кишечника комара, развитие ооцисты,
• 21-23 — развитие ооцисты, 24 — спорозоиты, покидающие ооцисту,
• 25 – спорозоиты в слюнных железах комара.

• Веретенообразные тонкие спорозоиты током крови доносятся до печени, внедряются в ее клетки, где развиваются и делятся путем шизогонии.
• Образовавшиеся в результате деления в клетках печени молодые плазмодии (мерозоиты) поступают в кровь и проникают в эритроциты. В эритроцитах они превращаются сначала в трофозоиты (питание гемоглобином и рост), затем – в шизонты (бесполое размножение).
• Таким образом, различают две формы шизогонии: тканевая и эритроцитарная.
• В результате эритроцитарной шизогонии образуются 10–20 мерозоитов, которые разрушают эритроцит, выходят в кровь и заражают следующие эритроциты.
• При разрушении эритроцитов в кровь попадают и токсичные продукты жизнедеятельности плазмодия.
• Эритроцитарная шизогония длится у данного вида плазмодия 48 часов. Цикличность приступов малярии обусловлена цикличностью выходов мерозоитов и продуктов их метаболизма из эритроцитов в плазму крови.

• После нескольких циклов шизогонии в эритроцитах образуются гамонты, которые в организме комара превратятся в макрогаметы и микрогаметы.
• При сосании комаром крови больного человека, гамонты попадают в кишечник комара, где превращаются в гаметы.
• Из микрогамонта образуется 4–8 микрогамет, из макрогамонта – яйцеклетка, происходит копуляция гамет.
• Образовавшаяся в результате оплодотворения зигота обладает подвижностью и называется оокинетой.
• Оокинета мигрирует через стенку кишечника комара и на внешней поверхности кишечника превращается в ооцисту.
• Ядро ооцисты многократно делится и ооциста распадается на огромное количество спорозоитов – до 10000, этот процесс называется спорогонией.
• Спорозоиты перемещаются в слюнные железы комара.

• В жизненном цикле малярийного плазмодия человек является промежуточным хозяином (тканевая шизогония, эритроцитарная шизогония, начало гаметогонии), а малярийный комар – окончательным (завершение гаметогонии, оплодотворение и спорогония).
• У человека в организме паразитируют четыре вида плазмодиев.
• Временной интервал между выходами мерозоитов в плазму крови у одного из этих видов (P. malariae) – 72 часа, заболевание – четырехдневная малярия.
• У других видов (P. ovale, P. vivax, P. falciparum) – 48 часов.
• Если возбудителем является P. vivax, то заболевание называется трехдневной малярией.
• Если возбудителем является P. ovale, то заболевание – трехдневная малярия типа «овале». Если возбудитель P. falciparum, то заболевание – тропическая малярия.

Признаки малярии

• Малярия характеризуется периодическими приступами лихорадки, каждый приступ включает стадии озноба, повышения температуры до 41° и длится до 6–12 часов.
• Интервалы между приступами зависят от вида плазмодия, развивается анемия (малокровие).

• Лабораторная диагностика – обнаружение плазмодиев в мазке или толстой капле крови.

Токсоплазма

• Является внутриклеточным паразитом человека и животных, вызывает повсеместно распространенное заболевание токсоплазмоз .

Жизненный цикл токсоплазмы

• Жизненный цикл токсоплазмы:   А — окончательный хозяин (кошка),
• Б — промежуточный хозяин (грызуны):
• 1-3 — стадии развития ооцисты во внешней среде,
• 4 — внутриутробное заражение.

• Происходит со сменой хозяев.

• Окончательным хозяином является кошка , в ее кишечнике происходит половое размножение, промежуточными хозяевами являются человек, грызуны, крупный и мелкий рогатый скот и другие виды теплокровных животных.

• Клинические симптомы токсоплазмоза разнообразны и зависят от того, какие именно органы поражены паразитом.
• Токсоплазма может паразитировать в нервной, половой, лимфатической и других системах. У взрослых токсоплазмоз может быть бессимптомным.

• Заражение человека происходит различными способами:

• а) перорально при употреблении сырого или полусырого мяса больного животного;
• б) перорально с овощами, фруктами, загрязненными ооцистами;
• в) через загрязненные ооцистами руки и предметы;
• г) трансплацентарно от матери-носительницы к плоду.
• В последнем случае плод погибает (выкидыш, мертворождение) или рождается с симптомами острого врожденного токсоплазмоза поражения (печени, селезенки, нервной системы, интоксикация, повышенная температура и др.).

Ресурсы

• http:// licey.net/free/6-biologiya/22-zoologiya_bespozvonochnyh_teoriya_zadaniya_otvety/stages/1344-klass_sporoviki_sporozoea.html

Микроскопическое исследование «толстой капли» мазка крови на малярийные плазмодии (Plasmodium)

Малярия (лихорадка, болотная лихорадка) — острая или хроническая эндемическая трансмиссивная болезнь, характеризующаяся приступами лихорадки, увеличением печени и селезенки, гемолитической анемией, рецидивирующим течением. Заболевание у людей вызывают 4 вида малярийных плазмодиев: 1. Plasmodium vivax — возбудитель трехдневной формы малярии; 2. Plasmodium ovale — вызывает трехдневный овале-малярии; 3. Plasmodium malariae — возбудитель четырехдневной формы малярии; 4. Plasmodium falciparum — вызывает тропическую малярию. Заболевание через укусы передают самки комаров рода Anopheles. Кроме того, определенное эпидемиологическое значение имеет трансфузионная малярия, которая возникает после переливания крови от донора паразитоносителей или при манипуляции инструментами, загрязненными зараженной кровью. В процессе своей жизнедеятельности плазмодии проходят сложный цикл развития со сменой хозяина. Он состоит из двух фаз: половой (спорогонии), которая проходит в теле самки комара, и бесполой (шизогонии), что происходит в организме человека. Сначала плазмодии проникают в клетки печени (тканевая шизогония), позже — в эритроциты (эритроцитарная шизогония). Успешная лабораторная диагностика малярии возможна именно в период эритроцитарной шизогонии.

Микроскопическое исследование толстой капли и мазков крови

Микроскопическое исследование толстой капли и мазков крови является наиболее распространенным и важным методом диагностики заболевания. Кровь от больных надо брать до начала лечения и несколько раз повторять во время лечения. Плазмодиев в крови больше на высоте лихорадки, особенно после 2-3-го приступа, хотя их можно обнаружить и в период апирексии. Для исследования крови от каждого больного после прокола мякоти пальца готовят 4-8 препаратов (мазки и толстые капли), которые окрашивают по методу Романовского-Гимза. Ядра паразитов окрашиваются в красный, а цитоплазма — в сине-голубой цвет. При наличии возбудителей в эритроцитах обнаруживают различные стадии их развития: 1) кольцевидные трофозоиты возникают после их проникновения в эритроциты; узкий ободок цитоплазмы окружает вакуоль, которая выжимает ядро к периферии и паразит по форме напоминает кольцо (кольцо) 2) амебовидную трофозоиты (взрослые формы) 3) зрелые трофозоиты (шизонты), которые делятся на 6-24 еротроцитарних мерозоитов. При разрушении эритроцитов они попадают в плазму крови. Часть мерозоитов в эритроцитах превращается в незрелые мужские и женские половые клетки — микро-и макрогаметоциты. Для определения вида малярийных плазмодиев необходимо уметь дифференцировать их морфологические особенности. Сначала просматривают толстые капли. Если у них плазмодиев не проявляют, тонкие мазки крови вообще не исследуют. И только при наличии паразитов в толстой капле, особенности их строения изучают в мазках.

Клеточная структура Plasmodium Falciparum

С возвращением

Итак, на этой неделе мы немного исследуем мир в Plasmodium falciparum. Мы поближе познакомимся с этими паразитами. Но не слишком близко.

Размер и форма этих паразитов зависят от стадии развития. Ниже приводится таблица различных существующих форм у людей с указанием их относительных размеров и форм:

Форма кольца:	Обычно в форме кольца.
Трофозоиты	маленький, тонкий, размер 1,25–1,5 мкм. Они имеют форму почки
Шизонтов:	диаметром 4,5–5 мкм и занимают около 2/3 ряд ​​ инфицированных эритроцитов. После созревания они содержат от 10 до 30 мерозоитов, которые собраны в гроздь винограда.
Гаметоцитов:	Половые формы этого паразита обычно имеют размер 7-14 микрон и имеют форму банана.
спорозоитов	Серповидная структура с одинаково заостренными концами. Размер включает длину 10-15 мкм.
Оокинеты и ооцисты:	Сферической формы.

http://www.infectionlandscapes.org/2011/03/malaria-part-1-parasite.html

Plasmodium Falciparum — одноклеточные эукариоты.За изучение их движения мы можем поблагодарить Альфонса Лаверана, который тщательно изучал эти организмы в телах людей, пострадавших в Северной Африке. Интересно то, что он получил Нобелевскую премию по физиологии за открытие паразитических простейших и их причинную природу таких болезней, как малярия. Во взрослом состоянии они неподвижны, и их способ передвижения классифицируется как Sporozoa. В его жизненном цикле есть стадии, когда он подвижен, и эти стадии включают стадии спорозоитов, трофозоитов и мерозоитов.

https://www.researchgate.net/figure/Schematic-presentation-of-the-Plasmodium-falciparum-mitochondrial-genome-In-green-are_fig8_277721542

Митохондриальный геном этих паразитов составляет 5967 п.н., как показано на схеме выше. Зеленым цветом показаны три гена, кодирующие белок митохондриального генома паразитов. В гене Cytochrome b, используемом для диагностики Plasmodium в этом исследовании, положение двух SNV (однонуклеотидные вариации) (Délicat-Loembet et.Al 2015). Геном паразита продолжается примерно 24-мегабазным геномом, который богат AT и организован в 14 хромосом. У этих паразитов описано более 5300 генов. В геноме было зарегистрировано больше данных, в которых существует 59 var , 149 Rif и 28 stevor генов. Также есть сообщения о множественных псевдогенах и усечениях.

Виды Plasmodium имеют очень необычное окрашивание по Граму и, как было показано, вызывают положительное или отрицательное окрашивание в зависимости от общей формы.На веб-сайте CDC представлены окраски по Граму каждой формы паразита Plasmodium Falciparum.

https://www.cdc.gov/dpdx/resources/pdf/benchAids/malaria/Pfalciparum_benchaidV2.pdf

Анатомическая схема Plasmodium Falciparum

http://jcs.biologies.org/content/116/18/3825

Структура повторяющихся белков малярии с вкраплениями Plasmodium

Значение

Паразиты Plasmodium , вызывающие малярию, реплицируются в клетках крови инфицированного хозяина.Эти паразиты отправляют небольшое количество белков на инфицированные поверхности клеток крови, позволяя им связывать молекулы хозяина, но также рискуя их обнаружением иммунной системой хозяина. Эти белки разделились на большие семейства, что позволяет паразиту избежать обнаружения с помощью антигенной вариации. Наиболее распространенным из этих семейств является семейство белков Plasmodium с -чередующимися повторами (PIR). Здесь мы представляем структуру белка PIR, раскрывая архитектуру его эктодомена и показывая, как он диверсифицировался.Наконец, мы используем методы на основе структуры, чтобы понять, какие небольшие семейства вариантов поверхностных антигенов являются PIR, и понять их эволюцию среди малярийных паразитов.

Abstract

Смертельные симптомы малярии проявляются в результате размножения паразитов Plasmodium в клетках крови. Члены нескольких вариантов семейств поверхностных белков экспрессируются на инфицированных поверхностях клеток крови. Из них самыми крупными и наиболее распространенными являются белки с чередующимися повторами Plasmodium (PIR) с более чем 1000 вариантов в некоторых геномах.Их функции загадочны, но дифференциальная экспрессия гена pir связана с острой или хронической инфекцией на модели малярии у мышей. Принадлежность к суперсемейству PIR и включение в семейство вариантов поверхностных белков Plasmodium falciparum , таких как RIFINs и STEVORs, является спорным. Здесь мы раскрываем структуру внеклеточного домена PIR из Plasmodium chabaudi . Мы используем структурно-ориентированный анализ последовательностей и молекулярное моделирование, чтобы показать, что эта складка обнаруживается в белках PIR от малярийных паразитов, инфицированных мышами и людьми.Более того, мы показываем, что RIFIN и STEVOR не являются PIR. Это исследование дает структурное определение PIR и молекулярную основу для понимания их эволюции.

Симптомы малярии проявляются в том, что Plasmodium паразитов размножаются в крови. Это богатая среда, изобилующая питательными веществами, необходимыми для роста и обеспечивающая возможность передачи инфекции кровососущими насекомыми. Однако кровь также содержит большую часть механизмов иммунной защиты хозяина.Чтобы выжить в условиях иммунной атаки, паразиты Plasmodium эволюционировали, чтобы размножаться, будучи скрытыми внутри клеток-хозяев. На поверхности клеток-хозяев экспонируется лишь несколько белков паразитов, и они в основном разрослись в большие семейства белков, что позволяет использовать стратегию выживания популяции, основанную на антигенной изменчивости (1, 2).

Наиболее изученным из семейств поверхностных белков инфицированных эритроцитов является PfEMP1, члены которого взаимодействуют с эндотелиальными рецепторами человека, вызывая прилипание инфицированных эритроцитов в сосудистой сети вдали от клиренса селезенки (1, 3, 4).Однако PfEMP1 обнаружены только в Plasmodium falciparum и близком к нему Laverania . Среди видов Plasmodium более широко распространены семейства малых вариантных поверхностных антигенов (VSA) (1). К ним относятся CIR Plasmodium chabaudi (5) и VIR Plasmodium vivax (6), часто известные как « Plasmodium -смешанные повторы» (PIR) (7). PIR могут быть очень многочисленными, с тысячами членов в некоторых геномах (8).Однако неясно, являются ли некоторые семейства небольших VSA из Laverania и более отдаленно родственных видов Plasmodium частью надсемейства PIR. Например, RIFIN и STEVOR P. falciparum (9⇓ – 11) были предложены как PIR из-за их размеров, клеточного положения и наличия общих элементов последовательности в интронных областях их генов (12). Однако различия в структуре генов и низкая идентичность белковых последовательностей делают это отнесение сомнительным (7).Являются ли маленькие VSA частью более крупного суперсемейства со связанными функциями, или это разные семейства белков с разными ролями?

Также неясно, повсеместно ли обнаруживаются маленькие VSA на инфицированных поверхностях эритроцитов. Исследования выявили PIR на поверхности клеток крови, инфицированных P. vivax (6), Plasmodium yoelii (13) и Plasmodium berghei (14), или рядом с ними. Аналогичным образом, RIFIN и STEVOR были обнаружены на поверхности P.falciparum -инфицированные эритроциты (10, 15⇓ – 17). Действительно, естественное инфицирование P. vivax индуцирует антитела, нацеленные на ВИР (18), в то время как необычные антитела, нацеленные на RIFIN, обнаруженные у взрослых в эндемичных по малярии регионах Африки, также распознают инфицированные эритроциты (19–21). Эти исследования предполагают, что небольшие VSA представляют собой молекулы поверхности инфицированных клеток крови, и указывают на то, что произошло расширение и диверсификация семей, что позволило им претерпеть антигенные изменения. Однако другие исследования поставили под сомнение универсальность этой модели, указав внутриклеточное расположение некоторых небольших VSA (22–24) или показав, что они экспрессируются на других стадиях жизненного цикла паразита, включая мерозоиты или гаметоциты (23, 25). № – 27).Привела ли диверсификация этих небольших семейств VSA к их использованию на разных этапах жизненного цикла и в разных клеточных местоположениях во время инфекции?

Ряд недавних исследований показывают, что небольшие VSA выполняют важные функции. Во-первых, P. chabaudi , введенные мышам через укус комара, менее вирулентны, чем те, которые вводятся путем прямого введения инфицированной крови (28). Основные различия в экспрессии генов у этих паразитов заключаются в репертуаре генов cir с более широким спектром генов cir , экспрессируемых при передаче комаров (28).Различные гены cir также транскрибируются во время хронической фазы инфекции, передаваемой комарами P. chabaudi , по сравнению с генами, экспрессируемыми во время острой фазы (29). При пассировании на наивных мышах эти хронические паразиты более вирулентны, чем паразиты от острой стадии инфекции. Действительно, более вирулентный штамм P. chabaudi , PcCB, экспрессирует больше генов pir , связанных с хронической инфекцией, чем менее вирулентный штамм PcAS (30). Эти данные в совокупности позволяют предположить пока неизвестную роль PIR в модулировании вирулентности инфекции.Один из возможных механизмов у некоторых видов Plasmodium может заключаться в адгезии инфицированных клеток в сосудистой сети, что позволяет избежать клиренса селезенки. Действительно, предполагается, что ВИР из P. vivax заставляют инфицированные ретикулоциты прикрепляться к эндотелиальным рецепторам, включая ICAM-1 (22, 31), в то время как RIFIN и STEVOR могут вызывать прикрепление инфицированных эритроцитов к неинфицированным эритроцитам, взаимодействуя с группой крови. антигены или гликофорин С (16, 32). В качестве альтернативы было показано, что подгруппы RIFIN взаимодействуют с ингибирующими иммунными рецепторами человека, такими как LILRB1 и LAIR1 (17).LILRB1-связывающие RIFIN имитируют естественный лиганд LILRB1, MHC класса I, позволяя RIFIN ингибировать маркеры активации естественных клеток-киллеров, что, скорее всего, снижает клиренс паразитов (33). Эти исследования предполагают широкую роль малых VSA как у млекопитающих, так и у насекомых-хозяев.

Важная роль, которую играют различные небольшие VSA, подчеркивает необходимость более детального понимания этих загадочных семейств белков паразитов. В частности, являются ли они членами одного и того же суперсемейства Plasmodium , эволюционировавших для выполнения аналогичных функций во время инфекции, или небольшие VSA представляют разные семейства белков с разными ролями? Чтобы исследовать этот вопрос, мы определили структуру внеклеточного домена белка CIR из P.chabaudi . Мы сравнили эту структуру со структурой вариабельного домена LILRB1-связывающего RIFIN (33) и использовали структурно-управляемый анализ последовательности, чтобы предсказать, какие небольшие VSA являются частью суперсемейства PIR. Это обеспечивает основу для понимания функции и эволюции белка PIR.

Результаты

Структура

PIR белкового эктодомена P. chabaudi .

Для определения структуры члена семейства PIR мы сосредоточили внимание на белках из P.chabaudi, часто называют CIR. Они состоят из N-концевого внеклеточного домена размером от 28 кДа (236 остатков) до 133 кДа (1331 остаток) в штамме AS. Затем следует предсказанная трансмембранная спираль и небольшой внутриклеточный пептид. Мы оценили экспрессию панели из семи меньших эктодоменов CIR ( SI, приложение , рис. S1). Пять из них были экспрессированы в клетках HEK293F и подверглись испытаниям по кристаллизации. Кристаллы, сформированные для ПЧАС_1200500, содержали три копии в асимметричном блоке.Полный набор данных был собран до 2,15 Å, и структура была определена фазированием Sulphur-SAD с использованием аномального рассеяния от атомов серы, обнаруженных в пяти дисульфидных связях и шести остатках метионина в каждом мономере (рис. 1 A и SI. Приложение , Таблица S1). Полная модель была построена для остатков с 5 по 242. Еще 20 остатков, которые соединяют эктодомен с предсказанной трансмембранной спиралью, отсутствуют на С-конце, что позволяет предположить, что этот домен связан с мембраной через гибкий, неупорядоченный линкер.Действительно, предполагается, что остатки с 242 по 258 неупорядочены (Fig. 1 B ).

Рис. 1.

Структура PIR-белка P. chabaudi . ( A ) Структура эктодомена белка CIR из PCHAS_1200500 показана в радужном представлении, причем N-конец показан синим, а C-конец — красным. ( B ) Схема полного CIR-белка PCHAS_1200500, показывающая эктодомен (радуга) и трансмембранную спираль (TM; фиолетовый). Под схемой находится линия, представляющая предсказанный беспорядок в домене, с неупорядоченными областями красного цвета.( C ) Структура домена CIR, представленного в виде проволоки, с толщиной, масштабированной в соответствии с кристаллографическим B-фактором этой области модели. Широкие красные области проволоки указывают на более неупорядоченные области белкового домена.

CIR-эктодомен принимает компактную α-спиральную структуру, расположенную в двух отдельных кластерах спиралей (Fig. 1 A ). Он не принимает такую ​​же укладку, как известные модули поверхностных белков Plasmodium , такие как домены DBL и CIDR, обнаруженные в белках PfEMP1, и сервер DALI не идентифицировал аналогичный белок известной структуры.N-концевая половина эктодомена образована из пяти плотно упакованных спиралей, соединенных длинными петлями, в значительной степени лишенными вторичной структуры. Это упирается в С-концевую часть эктодомена, которая сложена в виде кластера из трех параллельных спиралей, соединенных короткими петлями. С-конец складки состоит из длинного участка остатков, лишенного вторичной структуры, идущего рядом с двумя последними спиралями. Пять дисульфидных связей стабилизируют складку, подтверждая гипотезу о том, что CIR являются поверхностными белками, поскольку дисульфидные связи характерны для белков, находящихся в окислительной внеклеточной среде.Две дисульфидные связи лежат внутри петли между первой и второй спиралями, а третья связь стабилизирует петлю между спиралями 2 и 3. Последние две дисульфидные связи связывают спирали внутри ядра домена, причем одна связывающая спирали 1 и 6. и другие связывающие спирали 7 и 8.

Эктодомен CIR, как предполагается, будет привязан к мембранам через С-концевую трансмембранную спираль. На поверхности напротив этого места прикрепления преобладает длинная петля, которая связывает спирали 1 и 2.Это одна из наиболее гибких областей домена, содержащая остатки с наивысшими кристаллографическими B-факторами (рис. 1 C ). Кроме того, две копии домена в асимметричной единице кристалла имеют недостающую плотность в этой области, при этом в цепи B отсутствуют остатки с 45 по 48, а в цепи C отсутствуют остатки с 25 по 29, что снова указывает на гибкость. Другие области с более высокими B-факторами включают петли, связывающие спирали 4 и 5 и спирали 6 и 7, обе лежащие на одной стороне домена.Для любых белков CIR, обнаруженных на инфицированных эритроцитах, эта поверхность будет наиболее уязвима для иммунной системы. С нарушением, снижающим вероятность прикрепления антител, это предполагает, что гибкие и неупорядоченные последовательности эволюционировали на этой открытой поверхности, чтобы снизить вероятность иммунного обнаружения.

Разнообразие и сохранение в белках CIR.

Чтобы понять степень диверсификации белков CIR, мы проанализировали все 198 последовательностей CIR из штамма AS P.chabaudi , совместив их со структурой PCHAS_1200500. Логотип сохранения для последовательностей, выровненных таким образом, идентифицировал большинство консервативных остатков как цистеины или ароматические остатки, обнаруживаемые преимущественно на спиралях (фиг. 2 A ). Энтропия последовательности Шеннона, которая учитывает химические свойства боковых цепей аминокислот при оценке химической консервации, была рассчитана для каждого остатка, и эти оценки были нанесены на структуру PCHAS_1200500 (рис.2 В ). Большинство химически хорошо консервативных остатков с низкой энтропией было обнаружено в ядре белка, что стабилизирует упаковку спиралей и указывает на сохранение складки белка. Две дисульфидные связи, соответствующие Cys12-Cys165 и Cys42-Cys52, также были хорошо законсервированы. Напротив, поверхность белка не проявляет консервативности, как можно было бы ожидать для семейства антигенно отличных белков под иммунным давлением. Это отсутствие консервативности особенно заметно как в последовательности, так и в длине поверхностных петель, соединяющих спирали (рис.2). Это напоминает домены DBL и CIDR паразитов Plasmodium , которые также имеют консервативные ароматические соединения ядра и дисульфидные связи для стабилизации их складки, демонстрируя при этом большую диверсификацию на поверхности (34–37).

Рис. 2.

Сохранение и разнообразие белков CIR. ( A ) Все последовательности CIR из штамма AS P. chabaudi были сопоставлены со структурой PCHAS_1200500, и был создан логотип последовательности, пронумерованный в соответствии с PCHAS_1200500.( B ) Остатки, наиболее химически консервативные в отношении белков CIR штамма AS, показаны в виде палочек. Остатки имеют цветовую кодировку по энтропии Шеннона: от 0,75 до 1,0 желтым, от 0,5 до 0,75 оранжевым и <0,5 красным. Более низкая энтропия последовательности указывает на большее сохранение химических свойств боковой цепи. ( C ) Таблица длин петель и линкера между складкой домена PIR и трансмембранной спиралью. ( D ) Прогнозирование нарушения (оценка PONDR) для членов подсемейств белков CIR S7 и L1, в каждом случае представляя белок, ближайший по последовательности к логотипу последовательности для этого семейства белков, PCHAS_0500200 для семейства S7 и PCHAS_0601000 для Семья L1.Прогнозирование расстройства, определенное с помощью PONDR, наносится на график в зависимости от количества остатков. Ниже графиков представлены два белка, на которых домен белка PIR показан в виде радуги, а трансмембранная спираль — фиолетовым цветом.

Основной домен белка PIR начинается в пределах пяти остатков от N-конца каждого из этих 198 белков CIR. Однако существуют значительные различия в длине и природе линкера между этим доменом и трансмембранной спиралью, который колеблется от 18 до 1117 остатков.CIR ранее были разделены на семейство S и семейство L, причем длина линкера является основным различием между этими группами (рис. 2 D и SI, приложение , рис. S2). Например, в подсемействе S7 CIR, которое содержит PCHAS_1200500 и связано с острой инфекцией (29), этот линкер составляет от 20 до 68 остатков, в среднем всего 37 остатков. Напротив, в семействе L1, экспрессия которого связана с при хронической инфекции он обычно намного длиннее, от 59 до 1117 остатков, в среднем 533.Анализ с использованием пяти различных предикторов белкового расстройства предполагает, что эта часть эктодомена в значительной степени неупорядочена во всех классах белков CIR (рис. 2 D и SI, приложение , рис. S2). Это указывает на то, что эктодомены всех CIR имеют сходную архитектуру со структурно консервативной, но разнородной по последовательностям N-концевой складкой, соединенной с трансмембранной спиралью через гибкий линкер с высокой вариабельностью длины.

Какие другие семейства белков плазмодия имеют общую белковую складку PIR?

Затем мы спросили, консервативна ли складка белка CIR в небольших VSA, используя структурную проницательность для определения суперсемейства PIR.Сравнение структуры CIR с нашей структурой вариабельного домена RIFIN (PF3D7_1254800) (33) выявило очень разные архитектуры (рис. 3 A ). RIFIN в основном представляют собой небольшие белки от 30 до 50 кДа с N-концевым полуконсервным доменом и C-концевым вариабельным доменом, за которым следует предполагаемая трансмембранная спираль (32, 38). Было высказано предположение, что гидрофобная область, расположенная между вариабельным и константным доменами, действует как вторая трансмембранная спираль, но недавние исследования показывают, что она, скорее всего, является частью эктодомена (32, 38, 39).Вариабельный домен RIFIN состоит из трех ядер α-спирали, украшенных сложными петлями, которые включают сайт связывания LILRB1. Эта структура больше всего напоминает три С-концевые спирали белка CIR; однако топология и расположение этих спиралей не совпадают. Также маловероятно, что N-концевой консервативный домен RIFIN структурно подобен структуре белка CIR из-за разницы в размерах. В то время как домен белка CIR PCHAS_1200500 состоит из 241 остатка, N-концевой домен RIFIN 1254800 имеет длину всего 124 остатка.Следовательно, складка эктодомена CIR слишком велика для размещения внутри консервативного домена RIFIN. Эти находки предполагают, что RIFIN и CIR не являются структурно эквивалентными, а скорее представляют собой два разных класса поверхностных белков Plasmodium .

Рис. 3.

Определение принадлежности к суперсемейству белков PIR на основе структуры. ( A ) Сравнение структуры эктодомена белка CIR со структурой вариабельного домена RIFIN (RIFIN _V ).Оба показаны в виде радуги от конца N (синий) до конца C (красный). На верхней правой панели показаны схемы этих двух белков с номерами, соответствующими положению в последовательности белка. Оба имеют трансмембранную спираль, представленную в виде пурпурной коробки, рядом с С-концом. RIFIN имеет переменную область (V; представление радуги) и постоянную область (C; бледно-голубой). ( B ) Оценки достоверности Phyre2 для моделирования малых VSA из различных видов Plasmodium с использованием известных структур белка CIR, его C-концевой доли (CIR _C : остатки от 152 до 241), его N-концевого доли (CIR _N : остатки с 4 по 151) или против домена RIFIN _v .Пунктирная линия представляет предел отсечения высокой достоверности 95%, а полосы ошибок показывают диапазон оценок, полученных из 10 примеров каждого моделированного белка PIR. ( C ) Модель внеклеточного домена белка PIR P. yoelii , PY17X_094500, на основе структуры CIR. Остатки с энтропией свойств от 0,75 до 1,0 выделены желтым цветом, от 0,5 до 0,75 — оранжевым, а с <0,5 - красным. Две дисульфидные связи, общие со структурой белка CIR, показаны фиолетовым цветом с помеченными соответствующими остатками цистеина.

Далее мы стремились определить, будут ли другие небольшие VSA, которые еще не были структурно охарактеризованы, использовать ту же складку, что и CIR или RIFIN. Мы изучили различные небольшие последовательности VSA из зараженной грызунами клады Vinckeia , заражающей обезьяны и человека клады Plasmodium , заражающей обезьяны видов Laverania и инфекционных грызунов и птиц Plasmodium видов с целью выявления обзор эволюционного дерева Plasmodium ( SI Приложение , рис.S3). Для каждого семейства белков мы выбрали 10 последовательностей, выбранных для представления диапазона разнообразия последовательностей ( SI, приложение , рис. S3). Они были проанализированы с помощью потоковой передачи на основе структуры с использованием Phyre2 (40), создания моделей гомологии и предоставления оценки, которая представляет уверенность в сгенерированной модели (рис. 3 B и SI, приложение , рис. S3). Перенос 10 CIR с разными последовательностями в структуру PCHAS_1200500 сгенерировал модели с показателем достоверности Phyre2, равным 100%, что поддерживает сохранение этой складки среди PIR из P.chabaudi . Напротив, наложение 10 RIFIN с различными последовательностями на структуру PCHAS_1200500 дало средний балл достоверности только 1% (диапазон от 0,1 до 2,6%), поскольку RIFIN не разделяют складку белка CIR.

Чтобы определить, сохраняется ли складка в небольших VSA из других видов, инфицированных грызунами Plasmodium , мы выбрали белки из P. berghei и P. yoelii . В каждом случае Phyre2 генерировал молекулярные модели, основанные на наложении этих последовательностей на структуру PCHAS_1200500, со значениями достоверности 98.От 94 до 100%, что сильно указывает на консервативную складку (рис. 3 B и SI, приложение , рис. S3). Чтобы выявить степень сохранности VSA P. berghei и P. yoelii , мы также сгенерировали логотипы последовательностей для 135 P . berghei белков и 1011 белков P. yoelii , что позволяет сравнивать их с LOGO последовательности для CIR. Нанесение их на модели гомологии показало, что P. berghei и P.yoelii VSA имеют общие характеристики консервативных последовательностей с CIR, включая сохранение двух дисульфидных связей, эквивалентных консервативным дисульфидным связям C12-C165 и C42-C52 в CIR, а также сохранение гидрофобных остатков, обнаруженных в ядре домена (рис. 3). C и SI Приложение , рис. S4). Эти данные показывают, что очень вероятно, что VSA P. berghei и P. yoelii имеют ту же глобальную структуру, что и CIR P. chabaudi , и являются частью того же семейства белков PIR.

Затем мы провели такой же анализ с VSA от малярийных паразитов, заражающих людей, P. vivax , Plasmodium malariae , Plasmodium ovale и Plasmodium knowlesi . Десять из этих белков были нанизаны на структуру PCHAS_1200500 в Phyre2, и были получены оценки. В каждом случае средний балл превышал 95% -ный предел для модели с высокой степенью достоверности; 97,9% для P. vivax , 97,7% для P. malariae , 98.3% для P. ovale и 98,7% для P. knowlesi (рис. 3 и SI Приложение , рис. S3). Эти данные показывают, что небольшие VSA из этих кладов, заражающих грызунов и обезьян, являются частью суперсемейства PIR и имеют общую общую архитектуру.

Затем мы изучили небольшие VSA из P. falciparum . Как описано выше, нанесение 10 различных последовательностей P. falciparum RIFIN на структуру CIR дало средний балл 1%, что свидетельствует об отсутствии структурного сходства (рис.3 B ), что согласуется с нашим сравнением структуры CIR со структурой вариабельного домена RIFIN (рис. 3 A ). Однако для постоянного домена RIFIN нет структуры. Поскольку он меньше, чем эктодомен CIR, мы оценили, имеет ли константный домен RIFIN структурную гомологию с N-концевыми или C-концевыми долями CIR. Для этого мы нанесли 10 последовательностей константных доменов RIFIN с различными последовательностями либо на N-концевые (спирали с 1 по 5), либо на C-концевые (спирали с 6 по 8) доли CIR.В обоих случаях нанесение последовательностей RIFIN на структуры CIR дало оценку достоверности <1%. Аналогичный анализ P. falciparum STEVOR дал средний балл достоверности 83,0%, когда мы добавили последовательности STEVOR в структуру CIR, и 24,7%, когда мы вложили последовательности STEVOR в структуру вариабельного домена RIFIN. Ни в том, ни в другом случае эти оценки не превышают 95% -ный порог высокой достоверности. Это сопоставимо с показателем достоверности 94,3% при включении девяти структур RIFIN в структуру вариабельного домена RIFIN (за исключением одного выброса).

Наконец, мы смоделировали небольшие VSA из Plasmodium reichenowi и Plasmodium gallinaceum . P. reichenowi , как и P. falciparum , входит в группу паразитов Laverania . Здесь добавление 10 последовательностей в структуру CIR дало средний балл 66,4%, в то время как подключение этих последовательностей к вариабельному домену RIFIN дало оценку 71,5%, обе из которых ниже порогового значения достоверности. Эти данные подтверждают размещение RIFIN и STEVOR P.falciparum и предполагаемые белки PIR P. reichenowi вне суперсемейства белков PIR. Точно так же нанесение 10 последовательностей небольших VSA из птичьего инфекционного P. gallinaceum на структуру CIR дало средний показатель достоверности 42,5%, в то время как нанесение на вариабельный домен RIFIN дало в среднем 7,2%. Этот анализ предполагает, что появление суперсемейства PIR произошло после отделения грызунов и обезьян-инфекционных видов Plasmodium от Laverania и видов-инфекций птиц, и указывает на то, что небольшие VSA, обнаруженные в последнем, не являются PIR. белки.

Обсуждение

Структура эктодомена белка CIR P. chabaudi позволила нам изучить складку, лежащую в основе этого семейства белков, и определить степень его диверсификации. Мы обнаружили, что CIR принимают новую структуру, состоящую из восьми α-спиралей, разделенных на две доли. Несмотря на различную архитектуру, CIR имеют общие свойства с другими белками с поверхности эритроцитов, инфицированных Plasmodium . Как и домены CIDR и DBL P.falciparum PfEMP1, CIR построены на стержневом α-спиральном каркасе. Наиболее консервативные остатки являются гидрофобными и ароматическими или представляют собой остатки цистеина, образующие дисульфидные связи. Все это внутренние, стабилизирующие конструкцию. Поскольку дисульфидные связи образуются только в окислительной внеклеточной среде, наличие пяти таких связей в структуре PCHAS_1200500 и сохранение двух из них у видов малярии, инфицированных грызунами, указывает на роль PIR на клеточной поверхности.

Аналогичным образом, при сравнении белков CIR с PfEMP1, каждый имеет свою собственную консервативную структурную складку, которая украшена гибкими поверхностными петлями. Это позволило значительно разнообразить поверхность как по последовательности, так и по длине петли. Это снова указывает на поверхностное расположение белков PIR с развитием антигенно отличных молекул, позволяющих последовательное развертывание во время инфекции, что является потенциальной движущей силой для диверсификации. В CIR эти домены прикреплены к поверхности клетки через линкер переменной длины, возможно, действуя как модуль межбелкового взаимодействия, качающийся на гибкой цепи.

Семейства небольших VSA из рода Plasmodium были предложены как часть суперсемейства PIR. Однако истинные масштабы этого семейства — и, следовательно, происхождение, общее или иное, генов разных видов — остаются неясными. Поскольку структуры более консервативны, чем последовательности, структура члена семейства белков PIR из P. chabaudi позволила нам изучить, какие другие небольшие VSA Plasmodium являются частью суперсемейства белков PIR.Этот анализ предсказывает, что большинство других исследованных белков, включая белки от инфекционных паразитов грызунов P. berghei и P. yoelii , а также от инфекционных видов человека P. ovale, P. vivax, P knowlesi и P. malariae , разделяют белковые складки PIR и могут быть помещены в суперсемейство PIR. Напротив, анализ белков RIFIN и STEVOR P. falciparum и небольших VSA P. reichenowi и P.gallinaceum предполагает, что они не разделяют эту складку, что ставит под сомнение их принадлежность к суперсемейству PIR. Таким образом, исследование генеалогического древа Plasmodium предполагает, что возникновение суперсемейства PIR могло произойти после расхождения видов Laverania и инфекционных птиц Plasmodium от видов грызунов и обезьян, зараженных обезьянами, и показывает, что небольшие VSA из вида Plasmodium нельзя рассматривать как однородное целое.

Размещение RIFIN вне суперсемейства белков PIR имеет функциональные последствия. Экспрессия различных P. chabaudi pir s недавно была связана с острой или хронической инфекцией P. chabaudi (28, 29). Таким образом, появляется все больше доказательств того, что RIFINs P. falciparum связываются с ингибирующими иммунными рецепторами, такими как LILRB1 и LAIR1 (17), и ослабляют передачу иммунных сигналов (33). Могут ли белки PIR взаимодействовать с ингибирующими иммунными рецепторами, тем самым способствуя развитию хронического заболевания? Это все еще возможно, но размещение PIRs и RIFINs в разных семействах белков предполагает, что если это действительно так, то это результат конвергентной эволюции.

Материалы и методы

Экспрессия и очистка белков.

Синтетические гены, кодирующие панель эктодоменов CIR, клонировали в вектор pTT3, давая C-концевую метку His6. В случае PCHAS_1200500 он содержал пять изменений (S5A, T125A, S152A, S176A и T179A), предназначенных для удаления предполагаемых N -связанных сайтов гликозилирования. Их трансфицировали в клетки HEK293F (Thermo Fisher Scientific) с использованием полиэтиленимина и через 5 дней собирали центрифугированием при 5000 × g .Супернатант заменяли буфером на 20 мМ Hepes pH 7,5, 150 мМ NaCl и 20 мМ имидазол фильтрацией в тангенциальном потоке, и белок очищали аффинной хроматографией с иммобилизованным металлом с использованием смолы Ni ²⁺ -NTA с последующим исключением по размеру. хроматография на колонке Superdex 75 10/300 (GE Healthcare Life Sciences).

Для метилирования белка добавляли 20 мМ диметиламин-борановый комплекс (ABC) и 40 мМ формальдегид, и смесь инкубировали в течение 2 часов при комнатной температуре.После инкубации это повторяли еще два раза с последующим добавлением 10 мМ ABC и инкубацией реакции в течение ночи. Затем белок очищали эксклюзионной хроматографией, как описано выше.

Кристаллизация, сбор данных и определение структуры.

Для кристаллизации метилированный PCHAS_1200500 (2-264) был сконцентрирован до 34 мг / мл, при этом были проведены испытания с использованием диффузии пара в сидячих каплях со смесью 100 нл раствора белка и 100 нл раствора для лунок.Кристаллы получали через 40 дней при 4 ° C с использованием раствора для лунок 0,1 М Hepes pH 6,5 и 45% мас. / Об. Поли (натриевой соли акриловой кислоты) 2100, а затем подвергали криоохлаждению для сбора данных в жидком азоте.

Данные Sulphur-SAD были собраны на длинноволновом канале связи I23 в алмазном источнике света с использованием длины волны 2,75520 Å. Данные были проиндексированы и масштабированы с помощью XDS, что дало разрешение 3 Å. Фазы были получены с использованием SHELXD, а затем была построена начальная модель с использованием Букканира с тремя молекулами в асимметричной единице кристалла.

Собственные данные были собраны на канале ID23-1 в Европейском центре синхротронного излучения и проиндексированы и масштабированы с помощью GrenADES fastproc, что дало разрешение 2,15 Å. Первоначальная модель из данных Sulphur-SAD использовалась в качестве модели поиска, что позволило разместить ее в наборе данных с более высоким разрешением с помощью Phaser MR. Затем структура была построена и усовершенствована с использованием циклов Кут и Бастер.

Анализ кругового дихроизма.

Эксперименты с круговым дихроизмом проводили на спектрофотометре Jasco J815 CD.CIR обессоливали 20 мМ фосфатом натрия pH 7,5 и 150 мМ NaF буфером с использованием колонок PD-10 (GE Healthcare) и разбавляли до концентрации 0,26 мг / мл. Спектр был получен при 20 ° C между 260 нм и 190 нм с использованием длины пути 1 мм, с измерениями каждые 0,5 нм за вычетом базовой линии, определенной с использованием буфера. Десять эквивалентных спектров были усреднены вместе.

Анализ последовательности.

Небольшие последовательности VSA были извлечены из геномов Plasmodium , включая 198 аминокислотных последовательностей из P.chabaudi AS v3 сборка генома (29), 135 последовательностей из сборки генома P. berghei ANKA (25), 1011 последовательностей из сборки генома P. yoelii 17X v3 (41), 70 последовательностей из P. Сборка генома штамма H knowlesi (42), 136 последовательностей из сборки генома P. malariae UG01 (43), 1495 последовательностей из сборки генома P. ovale curtisi GH01 (43), 185 последовательностей RIFIN и 31 последовательность STEVOR из сборки генома P. falciparum 3D7 (44), 1086 последовательностей из P.vivax геномная сборка P01 (8), 487 последовательностей из геномной сборки P. reichenowi G01 (45) и 20 последовательностей из геномной сборки P. gallinaceum 8A. Все последовательности были получены из PlasmoDB (46).

Последовательности были выровнены с использованием MUSCLE v3.8.31 с параметрами по умолчанию. Логотипы последовательностей были созданы с использованием http://weblogo.threeplusone.com. Гомологические модели были построены с использованием сервера Phyre2 (40).

Филогенетический анализ.

Эволюционный анализ проведен в MEGA X (47, 48).История эволюции была выведена с использованием метода максимального правдоподобия и частотной модели Уилана и Голдмана (49). Показано дерево с наивысшим значением логарифма правдоподобия. Исходные деревья для эвристического поиска были получены автоматически путем применения алгоритмов Neighbor-Join и BioNJ к матрице попарных расстояний, оцененных с использованием модели Джонса – Тейлора – Торнтона, а затем выбора топологии с более высоким значением логарифмического правдоподобия. Дискретное гамма-распределение использовалось для моделирования различий в скорости эволюции между сайтами (пять категорий).Дерево нарисовано в масштабе, длина ветвей измеряется количеством замен на сайт.

Доступность данных.

Координаты и структурные факторы депонированы в банке данных белков (код PDB ID 6ZYV). Все остальные данные и белковые конструкции доступны у авторов по запросу.

Благодарности

Мы благодарим Эда Лоу и персонал канала связи Promixa1 в Soleil за помощь в сборе кристаллографических данных, а также Рамону Думан и Камель Эль Омари из канала I23 в Diamond Light Source за помощь в сборе длинноволновых кристаллографических данных.М.К.Х. является исследователем Wellcome Trust (101020 / Z / 13 / Z) и финансируется Советом по медицинским исследованиям (MR / T000368 / 1). T.E.H. финансируется стипендией Питера Дж. Браама для выпускников программы Global Wellbeing в Мертон-колледже, Оксфорд. A.J.R. финансируется Wellcome Trust (грант 206194 / Z / 17 / Z) и грантом Совета по медицинским исследованиям (MR / M003906 / 1). J.L. — старший следователь Wellcome Trust (104777 / Z / 14 / Z). J.L. и D.C. поддерживаются Институтом Фрэнсиса Крика, который получает основное финансирование от Wellcome Trust, Совета медицинских исследований Великобритании и Cancer Research UK (FC001101).

Сноски

• Авторы: T.E.H., A.J.R., J.L. и M.K.H. спланированное исследование; T.E.H. и A.J.R. проведенное исследование; T.E.H., D.C. и J.L. предоставили новые реагенты / аналитические инструменты; T.E.H. проанализированные данные; и T.E.H. и M.K.H. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https: // www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.2016775117/-/DCSupplemental.

• Copyright © 2020 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Малярийные адгезины: структура и функции

Cell Microbiol. Авторская рукопись; доступно в PMC 2015 1 мая.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC4002501

NIHMSID: NIHMS572367

Брайан М. Мальпеде

¹ Департамент молекулярной микробиологии и патологии микробов Вашингтонского университета of Medicine, Campus Box 8230, 660 S.Евклид-авеню, Сент-Луис, штат Миссури, 63110

Нирадж Х. Толия

¹ Департамент молекулярной микробиологии и патогенеза микробов, Медицинская школа Вашингтонского университета, кампус 8230, 660 С. Евклид-авеню, Сент-Луис, Миссури, 63110

¹ Кафедра молекулярной микробиологии и микробного патогенеза, Медицинский факультет Вашингтонского университета, Campus Box 8230, 660 S. Euclid Avenue, Saint Louis, Missouri, 63110

Для корреспонденции следует обращаться к N.H.T .: Телефон: 314-286-0134; Факс: 314-362-1232; ude.ltsuw@ailot Окончательная отредактированная версия этой статьи издателем доступна на Cell Microbiol. См. другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Реферат

Малярийный паразит Плазмодий использует специализированные белки для присоединения к клеточным рецепторам в своем переносчике комаров и в организме человека-хозяина. Приверженность имеет решающее значение для развития паразитов, проникновения и инвазии клеток-хозяев, а также защиты от векторных и иммунных механизмов хозяина.Эти жизненно важные роли определили несколько адгезинов в качестве кандидатов на вакцины. Недостатком современных вакцин на основе адгезина является индукция антител, нацеленных на неконсервативные, нефункциональные и ложные эпитопы, из-за использования полноразмерных белков или связывающих доменов. Чтобы облегчить выработку неингибиторных антител, необходимо идентифицировать и использовать консервативные функциональные области белков. Структурная биология предоставляет инструменты, необходимые для достижения этой цели, и преуспела в определении биологически функциональных интерфейсов связывания рецепторов и олигомеризации для ряда многообещающих кандидатов в вакцины против малярии.Мы описываем здесь текущие знания о структуре и функции адгезина Plasmodium , а также о том, как он осветил элементы биологии паразита и определил взаимодействия на интерфейсе хозяин / переносчик и паразит.

Введение

Адгезия малярийных паразитов Plasmodium к клеткам-хозяевам имеет решающее значение для опосредования прохождения через клеточные барьеры, клеточной инвазии и защиты от удаления от хозяина. Чтобы пройти через клетки-хозяева, паразит разрушает мембрану хозяина, скользит через цитозоль и покидает клетку (Mota et al., 2001). Это движение контрастирует с клеточной инвазией, во время которой паразит взаимодействует с клеткой-хозяином и инвагинирует мембрану, образуя паразитофорную вакуоль, в которой паразит находится в процессе внутреннего развития (Baum et al. , 2008, Cowman et al. , 2012 ). Адгезины также опосредуют розетку и цитоадгезию инфицированных эритроцитов в организме человека-хозяина, эффективно обеспечивая защиту от иммунного клиренса селезенкой (Rowe et al. , 2009).

Белки, которые обеспечивают эти функции, содержат определенные домены и организованы в семейства на основе сходства доменов.Кристаллические структуры адгезинов с атомным разрешением, по отдельности и в комплексе с рецепторами хозяина, имеют очерченные белковые складки и структурно консервативные сегменты. Что еще более важно, структуры идентифицировали интерфейсы связывания рецепторов, мультимерные контакты и механизмы связывания рецепторов. Оценка ультраструктуры белка и олигомерного состояния дополняла кристаллографические исследования, освещая общую картину формы белка, гибкости и мультимерной сборки в растворе.

Здесь мы описываем текущие знания о том, как белковые структуры малярийных адгезинов обеспечивают широкий диапазон функций клеточной адгезии с определенными ролями в жизненном цикле паразита.Мы начинаем с семейств белков, которые, как предполагается, покрывают паразита на нескольких стадиях жизненного цикла, за которыми следуют многочисленные адгезивные роли белка поверхностной оболочки спорозоитов. Затем подробно описываются белки, которые паразит использует для проникновения в красные кровяные тельца (эритроциты). Обсуждается роль адгезии во время инвагинации паразитом мембраны хозяина во время клеточной инвазии, наряду с белками, которые обеспечивают связь между внеклеточными рецепторами и внутренним мотором актина паразита. Обзор завершается экспортом адгезинов на поверхность инфицированных эритроцитов, которые связывают многочисленные рецепторы, обеспечивая возможность образования розеток и цитоадгезии.Мы связываем общие структурные особенности, которые служат аналогичным целям склеивания (), и выделяем мультимерные сборки, необходимые для склеивания.

Доменные архитектуры адгезивных белков, функционирующих на разных этапах жизни паразитов. Для семейств с различным количеством и / или организацией адгезионных доменов показан наиболее хорошо охарактеризованный член семейства. Домены имеют цветовую кодировку и обозначены в двух прямоугольниках на рисунке.

Белки, действующие как поверхностная оболочка паразита

Кровяная мука от комаров инициирует рост паразита в своем переносчике, поскольку гаметы попадают в подходящую среду для оплодотворения.Адгезины поверхностной оболочки необходимы немедленно, и гаметы используют членов консервативного семейства 6-цистеина Apicomplexan для распознавания и прикрепления во время оплодотворения (van Dijk et al. , 2001, van Dijk et al. , 2010). Члены семейства 6-цистеина также экспрессируются на поверхности спорозоитов и мерозоитов и, вероятно, являются избыточными адгезинами на интерфейсах клеточной инвазии (Ishino et al. , 2005, Sanders et al. , 2005, Taechalertpaisarn et al., 2012). Члены этого семейства содержат различное количество доменов s48 / 45, преимущественно бета-листовую складку () (Arredondo et al. , 2012, Tonkin et al. , 2013). Кристаллическая структура Pf12, белка мерозоитов, освещает только второстепенные контакты между тандемными s48 / 45 доменами и показывает, что линкер домена лишен конформационно рестриктивных остатков (Tonkin et al. , 2013). Это говорит о том, что возможно перемещение между двумя тандемными доменами s48 / 45, и, таким образом, связь между двумя доменами является гибкой.Более того, Pf12 образует гетеродимеры с др. Членом 6-цистеина, Pf41, указывая тем самым, что белки семейства 6-цистеина могут функционировать как пары (Taechalertpaisarn et al. , 2012).

Кристаллические структуры определяют адгезивные складки, используемые малярийным паразитом.

A. Структура Pf12, представляющая домен s48 / 45. Члены семейства 6-cys обнаруживают различное количество тандемных s48 / 45-доменов и функционируют на нескольких стадиях жизненного цикла. B. p25 использует четыре тандемных EGF-подобных домена для адгезии (слева).Четыре домена EGF показаны слева разными цветами для ясности. Обширный контакт между мономерами p25 наблюдался в устройстве упаковки кристаллов, и предполагается, что эти контакты играют роль в формировании поверхностного покрытия паразитов (устройство упаковки кристаллов показано справа). Средний мономер p25, показанный красным, эквивалентен мономеру p25, показанному слева, в то время как соседние, контактирующие мономеры показаны черным и серым.

C. MSP1-19 содержит два тандемных EGF-подобных домена, показанных красным, участвующих в связывании RBC.MSP1-19 демонстрирует обширный контакт между двумя EGF, что приводит к жесткой структуре, которая контрастирует с другими тандемными структурами доменов EGF

D. CSP Region III-TSR образует жесткий домен, обозначенный α-TSR. Область III (серый) и TSR (зеленый) имеют обширные контакты.

E. PfEBA-175 задействует свой рецептор гликофорин А в виде димера. Домены DBL показаны синим цветом для одного мономера PfEBA-175 и серым цветом для второго мономера, который образует димерный комплекс во время взаимодействия с рецептором.Мембрана паразита показана серым цветом; мембрана эритроцитов хозяина показана красным.

F. Связывание рецептора DARC с PvDBP запускает димеризацию этого комплекса. Единственный DBL-домен RII показан синим, а входящий в контакт DBL-домен из второго PvDBP показан серым. Мембрана паразита показана серым цветом; мембрана эритроцитов хозяина показана красным.

G. PfEBA-140, по-видимому, связывается в качестве мономера со своим рецептором гликофорином C. Тандемные домены DBL RII показаны синим цветом. Мембрана паразита показана серым цветом; мембрана хозяина RBC показана красным.

H. AMA-1 (оранжевый / коричневый) связывает экспрессируемый паразитом RON2 (фиолетовый), член комплекса RON, который паразит высвобождает в эритроциты во время инвазии. AMA-1 связан с цитоплазматической альдолазой (светло-зеленый) внутри паразита. Мембрана паразита показана серым цветом; мембрана хозяина RBC показана красным.

I. Связь с внутренним мотором актина паразита через цитоплазматическую альдолазу (светло-зеленый) образует TRAP, который действует на спорозоит. Домен VWA показан голубым, а домен TSR — зеленым.Уникальный член семейства TRAP функционирует на каждой стадии жизни паразита и использует комбинацию доменов VWA и TSR. Мембрана паразита показана серым цветом; мембрана клетки-хозяина (слюнная железа комара и гепатоцит человека) показана желтым цветом.

J. Во время роста в RBC паразит экспортирует PfEMP1 на поверхность RBC, где эти белки используют комбинацию доменов DBL (синий) и спирального CIDR (коричневый) для прикрепления к широкому спектру рецепторов на поверхности человека. N-концевой элемент (фиолетовый) имеет обширный контакт с доменом DBL.

Доменная складка членов семейства 6-цистеина контрастирует со складкой белков поверхностной оболочки оплодотворенной зиготы и оокинеты в средней кишке комара. После оплодотворения зиготы способны прикрепляться друг к другу через удлинения канальцев, покрытые белком p25, адгезином, который содержит четыре тандемных эволюционно консервативных домена, подобных эпидермальному фактору роста (EGF) () (Saxena et al. , 2006, Rupp и др. , 2011). p25 и его гомолог p28 впоследствии экспрессируются на поверхности подвижной оокинеты, паразитической формы, которая возникает в результате развивающейся зиготы (Saxena et al., 2007). Считается, что как поверхностные белки оокинет, p25 и p28 обеспечивают защиту от протеолитических защитных механизмов комаров и способствуют адгезии к мембране средней кишки (Tomas et al. , 2001, Saxena et al. , 2007). Приверженность, вероятно, зависит от связывания p25 / p28 с ламинином, который составляет большую часть эпителия средней кишки (Vlachou et al. , 2001). Нокаут как p25, так и p28 необходим для серьезного ограничения пересечения средней кишки, что позволяет предположить, что оба белка имеют решающее значение для адгезии и функционально избыточны (Tomas et al., 2001).

Кристаллизация P. vivax p25 выявила обширные контакты между мономерами в кристаллической решетке () (Saxena et al. , 2006). Контакты между мономерами p25 образуют «треугольную призму», которая может связывать белки на поверхности оокинет с образованием специфической структуры оболочки (Tomas et al. , 2001, Saxena et al. , 2006, Saxena et al. , 2007). Важно отметить, что способ упаковки белка в кристалл может привести к искусственным контактам, которые могут не функционировать in vivo .Интерфейсы кристаллической упаковки и олигомерные состояния должны быть оценены в растворе, чтобы подтвердить выводы, сделанные на основе кристаллических структур. Остатки межмолекулярного контакта сохраняются среди ортологов p25, и мономеры могут самовзаимодействовать в растворе, поддерживая физиологическую роль мультимеризации (Siden-Kiamos et al. , 2000, Saxena et al. , 2006, Saxena et al. , 2007). Вместе эти исследования предполагают, что мультимерные комплексы p25 и / или p28 образуют защитную оболочку и инициируют и поддерживают взаимодействия с клеточной стенкой средней кишки (Tomas et al., 2001).

В отличие от поверхностного покрытия оокинета, спорозоит не экспрессирует какие-либо охарактеризованные EGF-содержащие белки, а вместо этого использует белок циркумспорозоит (CSP), обсуждаемый ниже. Однако EGF-подобные домены снова используются на поверхности мерозоитов после высвобождения из печени человека. Семейство поверхностных белков мерозоитов (MSP), из которых MSP1 является наиболее распространенным, покрывает мерозоит и обеспечивает адгезивные функции. MSP1 представляет собой белок массой 185–215 кДа, который подвергается обширному протеолитическому процессингу, в результате чего несколько субъединиц нековалентно связаны с С-концевой частью, обозначенной MSP1-19 ().В момент инвазии эритроцитов все субъединицы MSP1 высвобождаются, за исключением MSP1-19 (Holder et al. , 1984, Kauth et al. , 2003). MSP1-19 содержит два тандемных домена EGF, которые являются компактными и жесткими и связаны с мембраной с помощью якоря GPI () (Chitarra et al. , 1999, Morgan et al. , 1999). MSP1-19 в комплексе с антителом, которое эффективно покрывает поверхность мерозоитов, идентифицировал область MSP1-19, которая экспонируется на мерозоите (Pizarro et al., 2003). Эта область может контактировать с Band 3, рецептором эритроцитов для MSP1 (Goel et al. , 2003).

Поверхностное покрытие CSP на спорозоитах

CSP представляет собой поверхностное покрытие спорозоитов во время его путешествия через слюнные железы комаров до вторжения в гепатоциты человека (Kappe et al. , 2004). CSP обладает особой доменной архитектурой: N-концевой домен, последовательность, обозначенная как Область I, отрезок тетрааминокислотных повторов, С-конец, состоящий из двух областей, обозначенных II и III, и эволюционно консервативный повтор тромбоспондина I типа. (TSR) домен.Якорь GPI связывает CSP с мембраной (Wang et al. , 2005).

Домены CSP функционируют на двух различных этапах жизненного цикла спорозоитов. Первоначально N-концевой домен / регион I CSP связывает гепарансульфат на слюнных железах комаров (Sidjanski et al. , 1997, Sinnis et al. , 2007, Ghosh et al. , 2009b, Armistead et al. др. , 2011). После начала приема пищи москитной кровью спорозоиты вводятся из слюнных желез человеку и мигрируют в печень.Внутри печени второй этап распознавания CSP-клеткой-хозяином зависит от протеолитического удаления N-концевого домена и временного воздействия на C-концевой TSR-домен (Coppi et al. , 2005, Coppi et al. , 2011 ). Это воздействие коррелирует с распознаванием повышенного сульфатирования протеогликанов гепарансульфата на гепатоцитах (Coppi et al. , 2007, Coppi et al. , 2011). Мутантные спорозоиты, которые конститутивно экспрессируют расщепленную версию CSP, экспонируя домен TSR, постоянно мигрируют в дерме и не достигают печени.Это указывает на то, что N-концевой домен предотвращает связывание C-концевой области CSP неправильных рецепторов в дерме, позволяя спорозоитам правильно нацеливаться на печень (Coppi et al. , 2011). Сохранение N-конца до распознавания гепатоцитами также защищает функциональную C-концевую связывающую область от распознавания антителами, представляя in vivo структурный механизм для защиты критических связывающих доменов (Coppi et al. , 2011).

Ультраструктурный анализ показывает, что CSP поддерживает гибкую стержнеобразную структуру (Plassmeyer et al., 2009). Небольшие проценты CSP, по-видимому, образуют димеры и олигомеры в растворе, это указывает на то, что межмолекулярные контакты могут функционировать в формировании оболочки спорозоитов (Plassmeyer et al. , 2009). Обширные междоменные контакты формируются между доменом TSR и Region III () (Doud et al. , 2012). Однако конструкция TSR и Region III является мономерной в растворе. Таким образом, олигомеризация CSP может зависеть от N-концевого домена, региона I и / или региона II, и предполагается, что области внутренних повторов взаимодействуют с образованием защитной оболочки для паразита (Godson et al., 1983).

Поверхностные белки, которые прикрепляются к клеточным рецепторам во время инвазии

После выхода из печени в кровоток мерозоит распознает эритроциты и должен образовывать прочную связь с мембраной клетки-хозяина. На этой стадии задействованы два различных семейства белков: гомолог связывающего белка с эритроцитами (EBL) и гомолог белка, связывающего ретикулоциты (RH). Члены обоих семейств задействуют специфические рецепторы эритроцитов для инвазии (Sim et al. , 1990, Adams et al., 1992).

Семейство EBL содержит архитектуру консервативных доменов (Адамс и др. , 1992). Связывание рецептора требует существенных адгезивных доменов, уникальных для Plasmodium, называемых Duffy Binding Like (DBL), обнаруженных в области II (RII) белков EBL. P. falciparum содержит несколько членов семейства EBL (PfEBA-175, PfEBA-140, PfEBL-1 и PfEBA-181), каждый из которых содержит два тандемных домена DBL. Напротив, P. vivax , как полагают, ограничен единственным членом EBL, связывающим белком Даффи (PvDBP), который содержит единственный домен DBL.Однако недавнее секвенирование полевых изолятов P. vivax показало, что некоторые изоляты несут дупликацию гена PvDBP (Menard et al. , 2013), а другие несут новый лиганд EBL, который также имеет единственный домен DBL ( Hester и др. , 2013). Домены DBL имеют характерную форму бумеранга, стабилизированную обширным дисульфидным мостиком (Tolia et al. , 2005, Singh et al. , 2006, Higgins, 2008, Khunrae et al. , 2009, Batchelor et al., 2011, Juillerat et al. , 2011, Лин и др. , 2012, Vigan-Womas et al. , 2012, Malpede et al. , 2013). В дополнение к области II белки EBL содержат сегмент не охарактеризованной структуры (области III-V), структурированный C-концевой богатый цистеином домен (область VI), трансмембранный домен и цитоплазматический регион (Adams et al. , 1992, Withers-Martinez и др. , 2008).

PfEBA-175-RII содержит два тандемных домена DBL, которые связывают гликофорин A зависимым от сиаловой кислоты образом (Camus et al., 1985, Sim et al. , 1990, Klotz et al. , 1992, Орланди и др. , 1992, Sim et al. , 1994). Кристаллическая структура PfEBA-175-RII в комплексе с сиаловой кислотой, содержащей гликан, показала, что рецептор-связывающие карманы образуются на границе димера PfEBA-175-RII () (Tolia et al. , 2005). Это предполагает, что димер PfEBA-175 собирается вокруг димерного гликофорина A во время вторжения. Мультимерная сборка PfEBA-175 усиливает связывание с гликофорином A и дополняется областями за пределами RII (Salinas et al., 2013, Ванагуру и др. , 2013).

Член EBL P. vivax , PvDBP-RII, имеет сходные молекулярные структуры и функциональные характеристики с PfEBA-175-RII (Tolia et al. , 2005, Batchelor et al. , 2011, Wanaguru et al. др. , 2013 г., Бэтчелор и др. , 2014 г.). PvDBP-RII является мономерным в отсутствие его рецептора, рецептора антигена Даффи для хемокинов (DARC), и димеризация PvDBP-RII осуществляется за счет связывания с рецептором () (Batchelor et al., 2011). Кристаллические структуры PvDBP-RII в комплексе с эктодоменом DARC и дополнительные исследования растворов продемонстрировали образование двух различных комплексов: гетеротример двух PvDBP-RII и одного DARC и гетеротетрамера двух PvDBP-RII и двух DARC (Batchelor и др. , 2014). Эти комплексы являются промежуточными продуктами многоступенчатого механизма связывания. В обеих структурах DARC зажат двумя молекулами PvDBP-RII, способствующими индуцированной рецептором димеризации, что указывает на консервативный механизм связывания между двумя лигандами EBL, несмотря на различные димерные архитектуры ().Однако сайты связывания рецепторов и интерфейсы димеров лежат на разных сторонах доменов DBL.

Кристаллические структуры области II PfEBA-140 также идентифицировали рецепторные связывающие области () (Lin et al. , 2012, Malpede et al. , 2013). PfEBA-140-RII является мономерным в отсутствие его рецептора гликофорина C (Lobo et al. , 2003, Lin et al. , 2012, Malpede et al. , 2013) и дальнейшие исследования рецепторно-связанной PfEBA-140 и другие лиганды EBL необходимы для определения того, происходит ли сборка мультимера при связывании рецептора.Карманы связывания рецептора в PfEBA-140 расположены в отдельной области складки DBL по сравнению с карманами, используемыми либо PfEBA-175-RII, либо PvDBP-RII. Это говорит о том, что складка DBL может создавать множество связывающих карманов для связывания большого количества рецепторов. PfEBA-140 также проявляет полиморфизм, который влияет на рецептор-специфичность и / или сродство связывания (Mayer et al. , 2002, Maier et al. , 2009), а полиморфизм, который отображается в один карман для связывания рецептора, предполагает структурную основание для измененной специфичности (Malpede et al., 2013). Дополнительные поверхностные белки мерозоитов, содержащие домен DBL, связываются с RBC и поддерживают консервативную архитектуру DBL (Hodder et al. , 2012). Конкретная роль этих DBL-содержащих белков во время инвазии до конца не изучена.

Лиганды EBL функционируют в основном на стадии крови, но один уникальный член, обозначенный как связывание антиген / эритроцит апикальной мембраны (MAEBL), обеспечивает проникновение спорозоитов в слюнные железы комаров (Blair et al., 2002, Кариу и др. , 2002, Fu et al. , 2005). Спорозоиты, лишенные MAEBL, не могут прикрепляться к слюнным железам, но сохраняют нормальную подвижность, поддерживая специфическую роль в прикреплении к клеткам-хозяевам (Kariu et al. , 2002). В отличие от большинства белков EBL, которые содержат домены DBL, тандемные адгезивные домены в MAEBL содержат гомологию с доменами, наблюдаемыми в апикальном мембранном антигене -1 (AMA-1), описанном ниже. MAEBL может участвовать в той же функции на подвижном соединении, что и AMA-1, и может включать в себя функциональные элементы AMA-1 и семейства EBL.

О структуре семейства RH известно меньше, поскольку нет сходства последовательностей с известными доменами, а кристаллические структуры недоступны. Первоначальное понимание, полученное с помощью поверхностной оболочки с низким разрешением RBC-связывающего элемента от члена семейства RH ( P. yoelli 235), позволило предположить, что этот сегмент может напоминать Region II семейства EBL (Gruber et al. , 2011). Однако сходство последовательностей между элементом связывания RH и районом II EBL невелико, и необходимы дальнейшие исследования для определения структуры и функции этого семейства.Это особенно актуально, поскольку рецептор Basigin, который задействован PfRH5, по-видимому, необходим для инвазии множества изолятов и штаммов P. falciparum (Crosnier et al. , 2011).

Адгезия во время инвагинации мембраны с образованием паразитофорной вакуоли

Помимо образования связи с мембраной клетки-хозяина, паразит должен поддерживать эту связь во время инвагинации мембраны и поглощения паразитофорной вакуоли, где он будет развиваться внутри.Эта инвагинация мембраны требует образования подвижного соединения, кольцевого соединения между паразитом и мембранами хозяина, которое начинается на апикальном конце мерозоитов и мигрирует к заднему концу по мере вторжения паразита. AMA-1 представляет собой уникальный адгезин, который высвобождается во время инвазии и наблюдается в движущемся соединении (Triglia et al. , 2000, Lamarque et al. , 2011). AMA-1 экспрессируется на спорозоитах, и антитела, нацеленные на этот адгезин, ингибируют инвазию гепатоцитов, предполагая функциональную роль на стадии печени (Silvie et al., 2004). Первоначальные попытки нокаутировать AMA-1 оказались безуспешными, однако более поздние исследования показывают, что AMA-1 незаменим для роста на стадии крови (Bargieri et al. , 2013).

AMA-1 представляет собой интегральный мембранный белок типа I, а внеклеточная часть состоит из трех доменов (I, II и III), определяемых дисульфидным мостиком (Hodder et al. , 1996). Цитоплазматическая область является консервативной у видов Plasmodium и содержит два С-концевых тирозина, которые, как предполагается, функционируют в передаче сигналов посредством фосфорилирования, потенциально обеспечивая связь с нижележащими эффекторами (Remarque et al., 2008). Домены I и II AMA-1 принимают эволюционно консервативную складку домена PAN, которая опосредует разнообразные белок-белковые и белок-углеводные взаимодействия () (Tordai et al. , 1999, Bai et al. , 2005, Pizarro ). и др. , 2005). Домен III принимает новую складку (Pizarro et al. , 2005).

AMA-1, как известно, не взаимодействует с рецептором клетки-хозяина. Вместо этого он связывает экспрессируемый паразитом RON2, который секретируется мерозоитными роптриями в мембрану эритроцитов во время инвазии (Cao et al., 2009, Сринивасан и др. , 2011). Кристаллизация с пептидом, содержащим минимальный связывающий домен RON2, прояснила специфическую гидрофобную бороздку домена I, которая взаимодействует с рецептором (Vulliez-Le Normand et al. , 2012). Смещение петли в домене II необходимо для связывания RON2 с AMA-1, и эта петля может функционировать для защиты сайта связывания от иммунитета хозяина до тех пор, пока RON2 не станет доступным (Vulliez-Le Normand et al. , 2012). AMA-1 связывает пептид RON2 с наномолярным сродством, и это взаимодействие усиливается высокой локальной концентрацией и кластеризацией нескольких независимых взаимодействий AMA-1 / RON2 для облегчения образования подвижного соединения (Vulliez-Le Normand et al., 2012). Такое группирование взаимодействий обеспечивает необходимую жадность для поддержания связи паразита с мембраной хозяина, когда паразит продвигается в хозяйскую клетку.

Связь между рецепторами клетки-хозяина и актиновым мотором паразита

Формирование подвижного соединения сопровождается движением паразита, которое связывает внешний клеточный рецептор хозяина с внутренним мотором актина паразита (Kappe et al. , 1999, Baum и др. , 2006). Семейство анонимных белков, связанных с тромбоспондином (TRAP), обеспечивает эту связь.Члены семейства TRAP содержат комбинацию адгезивных эволюционно консервативных доменов фактора фон-Виллебранда типа A (VWA) и TSR-доменов. Цитоплазматическая часть членов TRAP соединяется с актиновым мотором посредством альдолазы, обеспечивающей движение () (Buscaglia et al. , 2003, Kappe et al. , 2004, Bosch et al. , 2007). Спорозоиты, дефицитные по отличительному члену этого семейства, TRAP, способны прикрепляться к клеткам-хозяевам, что позволяет предположить, что функция TRAP необходима для инвазии, но не прикрепления (Sultan et al., 1997).

Домены VWA и TSR PfTRAP и PvTRAP были захвачены в различных конформациях с помощью рентгеновской кристаллографии (Song et al. , 2012). Домены VWA кажутся жесткими, но могут принимать открытые и закрытые конформации с закрытой конформацией, коррелирующей со связыванием двухвалентного катиона. Напротив, домены TSR очень гибкие, что подтверждается полным беспорядком в PfTRAP и двумя разными ориентациями в открытых конформациях PvTRAP. Это привело авторов к предположению, что домены TSR структурируются при связывании рецептора и наблюдаемые конформационные изменения могут быть необходимы для инициации подвижности клетки (Song et al., 2012).

Предполагается, что отдельный член TRAP функционирует на разных этапах жизненного цикла паразита (Baum et al. , 2006). Движение через клеточный барьер средней кишки комаров является функцией связывания CTRP с ламинином, поскольку генетическая делеция CTRP серьезно нарушает эту способность (Yuda et al. , 1999a, Yuda et al. , 1999b, Mahairaki et al. , 2005). TRAP, присутствующий на спорозоите, необходим для движения в слюнные железы комаров посредством связывания с Saglin, а также опосредует инвазию гепатоцитов (Sultan et al., 1997, Wengelnik et al. , 1999, Kappe et al. , 2004, Ghosh et al. , 2009а). Паразит также должен активно вторгаться в эритроциты на стадии роста крови, и MTRAP обеспечивает двигательную функцию на этом этапе. Рецептор для MTRAP был определен как семафорин-7A, и эти два, по-видимому, связываются в комплексе 2: 2 (Bartholdson et al. , 2012). Ультраструктурный анализ показывает, что MTRAP поддерживает расширенную конформацию, которая может обеспечивать гибкость, которая способствует активному перемещению паразита в клетку-хозяина (Uchime et al., 2012). Эта гибкая форма может отражать общую форму семейства TRAP.

Адгезивные белки, экспортируемые на инфицированную поверхность эритроцитов

Внутри эритроцитов паразит активно экспортирует вариантные поверхностные антигены к мембране эритроцитов (Leech et al. , 1984, Baruch et al. , 1995, Smith et al. , 1995, Su и др. , 1995). Семейство генов var кодирует мембранный белок 1 эритроцитов (PfEMP1), который обеспечивает важные адгезионные свойства, обеспечивающие защиту от иммунной функции (Baruch et al., 1995, Smith et al. , 1995). Семейство генов var в P. falciparum содержит примерно 60 уникальных вариантов в каждом геноме гаплоидного паразита, из которых один вариант преимущественно экспрессируется в данный момент времени (Chen et al. , 1998, Scherf et al. , 1998, Gardner et al. , 2002). Каждый член содержит N-концевой домен вместе с разнообразной комбинацией двух основных адгезионных доменов, специфичных для Plasmodium: складки DBL и междоменной области, богатой цистеином (CIDR), которая также является альфа-спиральной () (Smith et al., 2000, Heddini et al. , 2001, Higgins, 2008, Klein et al. , 2008, Khunrae et al. , 2009). Подобно доменам DBL мерозоитных адгезинов, домены PfEMP1 DBL, по-видимому, имеют широкий диапазон рецепторов. Домены CIDR также участвуют в распознавании рецепторов, дополнительно увеличивая репертуар рецепторов, задействованных PfEMP-1.

Структурный анализ раствора методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (SAXS) рекомбинантной внеклеточной области полной длины одного варианта PfEMP1, IT4VAR13, показал гибкую протяженную молекулу (Brown et al., 2013). Напротив, изучение второго варианта PfEMP1, VAR2CSA, показало, что домены DBL-CIDR собираются в структуры более высокого порядка, которые могут включать взаимодействия домен-домен (Srivastava et al. , 2010). Полноразмерная внеклеточная область VAR2CSA необходима для связывания с рецептором наивысшего сродства, поддерживая решающую роль для междоменных взаимодействий (Srivastava et al. , 2010). Кристаллические структуры конструкций, содержащих тандемный N-конец, DBL и соседний домен CIDR, демонстрируют обширные контакты между отдельными элементами архитектуры PfEMP1 (Juillerat et al., 2011, Vigan-Womas et al. , 2012). Функциональная роль междоменного контакта не ясна, однако контакты домен-домен представляют собой точку зрения, которая контрастирует с ранее применявшейся моделью «бусинок на нитке», в которой все домены PfEMP1 являются гибкими и способны связывать индивидуальные, уникальные рецепторы. Хотя предполагается, что отдельные домены связывают уникальные рецепторы, роль каждого домена как части всего белка PfEMP1 до конца не изучена.

Выводы

Воздействие на поверхность паразита отмечает Plasmodium адгезинов в качестве основных мишеней для иммунитета хозяина и вакцин.Акцент современных противомалярийных вакцин на полноразмерных адгезинах или полных связывающих доменах предоставляет иммунной системе доступ к ложным и не ингибирующим эпитопам (Chen et al. , 2013), уменьшая выработку ингибирующих антител. Ограничение или устранение доступа к ложным и нефункциональным эпитопам имеет решающее значение для развития быстрого и эффективного иммунитета. Структурные работы успешно определили консервативные сайты связывания рецепторов и мультимерные интерфейсы, которые могут быть специфически нацелены, чтобы сфокусировать ответ антител.Функциональные интерфейсы были определены путем кристаллизации адгезина с рецепторами и с охарактеризованными ингибирующими антителами. В настоящее время разрабатываются методы, которые фокусируют иммунный ответ на нацеленных на конкретные эпитопы. Специфическое нацеливание на эпитопы может быть достигнуто путем мутации иммунодоминантных неингибиторных эпитопов и путем окутывания неингибиторных эпитопов гликозилированием (Ntumngia et al. , 2012, Sampath et al. , 2013). Подобные подходы позволили эффективно определить нейтрализующие эпитопы в широком смысле для вирусных антигенов, что подтверждает эффективность этих методов (Corti et al., 2013). Продолжение структурных усилий по выявлению критических и консервативных контактов между паразитами и белками хозяина предоставляет прекрасную возможность для разработки вакцин, которые вырабатывают трансцендентные по штамму, высоко ингибирующие антитела к малярийным паразитам.

Благодарности

Мы благодарны J.P. Vogel, M.M. Пэйнгу и Дж. Паку за советом по рукописи. Эта работа была поддержана грантом AI080792 Национального института здравоохранения (Н.Х.Т.) и стипендиатом для аспирантов Национального научного фонда (Б.М.М.) по Гранту DGE-1143954.

Сноски

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

• Adams JH, Sim BK, Dolan SA, Fang X, Kaslow DC, Miller LH. Семейство связывающих эритроциты белков малярийных паразитов. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 1992; 89: 7085–7089. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Armistead JS, Wilson IB, van Kuppevelt TH, Dinglasan RR.Роль гепарансульфатных протеогликанов в инвазии спорозоитов Plasmodium falciparum в слюнные железы анофелиновых комаров. Биохимический журнал. 2011; 438: 475–483. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Arredondo SA, Cai M, Takayama Y, MacDonald NJ, Anderson DE, Aravind L, et al. Структура домена 6-цистеина s48 / 45 плазмодия. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2012; 109: 6692–6697. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Бай Т., Беккер М., Гупта А., Страйк П., Мерфи В.Дж., Андерс Р.Ф., Бэтчелор А.Х.Структура AMA1 из Plasmodium falciparum обнаруживает кластеризацию полиморфизмов, окружающих консервативный гидрофобный карман. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2005. 102: 12736–12741. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Bargieri DY, Andenmatten N, Lagal V, Thiberge S, Whitelaw JA, Tardieux I, et al. Апикальный мембранный антиген 1 опосредует прикрепление апикального паразита, но он незаменим для инвазии клеток-хозяев. Связь природы.2013; 4: 2552. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Bartholdson SJ, Bustamante LY, Crosnier C, Johnson S, Lea S, Rayner JC, Wright GJ. Семафорин-7A является рецептором эритроцитов для мерозоит-специфичного гомолога TRAP, MTRAP. Патогены PLoS. 2012; 8: e1003031. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Барух Д.И., Паслоске Б.Л., Сингх Х.Б., Би X, Ма XC, Фельдман М. и др. Клонирование гена P. falciparum, кодирующего PfEMP1, малярийный вариантный антиген и рецептор адгезии на поверхности паразитированных эритроцитов человека.Клетка. 1995. 82: 77–87. [PubMed] [Google Scholar]
• Бэтчелор Дж.Д., Мальпеде Б.М., Оматтадж Н.С., Декостер Г.Т., Хенцлер-Вильдман К.А., Толия Н.Х. Вторжение красных кровяных телец Plasmodium vivax : структурная основа для участия DARC в DBP. Патогены PLoS. 2014; 10: e1003869. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Batchelor JD, Zahm JA, Tolia NH. Димеризация DBP Plasmodium vivax индуцируется при связывании рецептора и запускает распознавание DARC. Структурная и молекулярная биология природы.2011; 18: 908–914. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Баум Дж., Гилбергер Т.В., Фришкнехт Ф., Мейснер М. Инвазия клеток-хозяев малярийными паразитами: выводы из исследований Plasmodium и Toxoplasma. Тенденции паразитологии. 2008. 24: 557–563. [PubMed] [Google Scholar]
• Баум Дж., Ричард Д., Целитель Дж., Коврик М., Крнайски З., Гилбергер Т.В. и др. Консервативный молекулярный мотор управляет инвазией клеток и скользящей подвижностью на разных стадиях жизненного цикла малярии и других апикомлексных паразитов. Журнал биологической химии.2006; 281: 5197–5208. [PubMed] [Google Scholar]
• Blair PL, Kappe SH, Maciel JE, Balu B, Adams JH. Plasmodium falciparum MAEBL — уникальный представитель семейства ebl. Молекулярная и биохимическая паразитология. 2002; 122: 35–44. [PubMed] [Google Scholar]
• Бош Дж., Бускаглия, Калифорния, Крумм Б., Ингасон Б. П., Лукас Р., Роуч С. и др. Альдолаза обеспечивает необычный сайт связывания анонимного белка, связанного с тромбоспондином, в механизме инвазии малярийного паразита. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.2007; 104: 7015–7020. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Браун А., Тернер Л., Кристофферсен С., Эндрюс К.А., Шестак Т., Чжао Ю. и др. Молекулярная архитектура комплекса между адгезионным белком малярийного паразита и молекулой внутриклеточной адгезии 1. Журнал биологической химии. 2013; 288: 5992–6003. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Buscaglia CA, Coppens I, Hol WG, Nussenzweig V. Сайты взаимодействия между альдолазой и анонимным белком, связанным с тромбоспондином, в плазмодии.Молекулярная биология клетки. 2003. 14: 4947–4957. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Camus D, Hadley TJ. Антиген Plasmodium falciparum, который связывается с эритроцитами и мерозоитами хозяина. Наука. 1985; 230: 553–556. [PubMed] [Google Scholar]
• Цао Дж., Канеко О, Тонгкукиаткул А., Тачибана М., Оцуки Х., Гао К. и др. Белок Rhoptry Neck RON2 образует комплекс с белком микронемы AMA1 в мерозоитах Plasmodium falciparum. Паразитология международная. 2009. 58: 29–35. [PubMed] [Google Scholar]
• Чен Э., Пайнг М.М., Салинас Н., Сим Б.К., Толия Н.Х.Структурная и функциональная основа ингибирования инвазии эритроцитов антителами, нацеленными на Plasmodium falciparum EBA-175. Патогены PLoS. 2013; 9: e1003390. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чен К., Фернандес В., Сундстром А., Шлихтерле М., Датта С., Хагблом П., Уолгрен М. Отбор в процессе развития экспрессии гена var в Plasmodium falciparum. Природа. 1998. 394: 392–395. [PubMed] [Google Scholar]
• Chitarra V, Holm I, Bentley GA, Petres S, Longacre S. Кристаллическая структура C-концевого поверхностного белка мерозоитов 1 при 1.8 Резолюция, кандидат на вакцину против малярии с высокой степенью защиты. Молекулярная клетка. 1999; 3: 457–464. [PubMed] [Google Scholar]
• Коппи А., Натараджан Р., Прадель Г., Беннетт Б.Л., Джеймс Э.Р., Роггеро М.А. и др. Белок циркумспорозоитов малярии имеет два функциональных домена, каждый из которых выполняет различные роли в пути спорозоитов от комара к хозяину-млекопитающему. Журнал экспериментальной медицины. 2011. 208: 341–356. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Коппи А., Пинзон-Ортис С., Хаттер С., Синнис П.Белок циркумспорозоита Plasmodium протеолитически процессируется во время клеточной инвазии. Журнал экспериментальной медицины. 2005. 201: 27–33. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Коппи А., Тевари Р., Бишоп Дж. Р., Беннетт Б. Л., Лоуренс Р., Эско Дж. Д. и др. Гепарансульфатные протеогликаны дают сигнал спорозоитам Plasmodium прекратить миграцию и продуктивно вторгаться в клетки-хозяева. Клетка-хозяин и микроб. 2007; 2: 316–327. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Corti D, Lanzavecchia A.Широко нейтрализующие противовирусные антитела. Ежегодный обзор иммунологии. 2013; 31: 705–742. [PubMed] [Google Scholar]
• Коуман А.Ф., Берри Д., Баум Дж. Клеточная и молекулярная основа вторжения малярийных паразитов в эритроциты человека. Журнал клеточной биологии. 2012; 198: 961–971. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Crosnier C, Bustamante LY, Bartholdson SJ, Bei AK, Theron M, Uchikawa M, et al. Базигин — это рецептор, необходимый для инвазии эритроцитов Plasmodium falciparum.Природа. 2011; 480: 534–537. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Doud MB, Koksal AC, Mi LZ, Song G, Lu C, Springer TA. Неожиданное увеличение количества циркумспорозоитного белка-мишени малярийных вакцин. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2012; 109: 7817–7822. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Fu J, Saenz FE, Reed MB, Balu B, Singh N, Blair PL и др. Целенаправленное разрушение maebl в Plasmodium falciparum. Молекулярная и биохимическая паразитология.2005. 141: 113–117. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Gardner MJ, Hall N, Fung E, White O, Berriman M, Hyman RW, et al. Последовательность генома малярийного паразита человека Plasmodium falciparum. Природа. 2002; 419: 498–511. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ghosh AK, Devenport M, Jethwaney D, Kalume DE, Pandey A, Anderson VE, et al. Инвазия малярийных паразитов в слюнные железы комаров требует взаимодействия между Plasmodium TRAP и белками Anopheles saglin.Патогены PLoS. 2009a; 5: e1000265. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Гош А.К., Джейкобс-Лорена М. Инвазия спорозоитов плазмодия в слюнную железу комара. Современное мнение в микробиологии. 2009b; 12: 394–400. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Годсон Г.Н., Эллис Дж., Свек П., Шлезингер Д.Х., Нуссенцвейг В. Идентификация и химический синтез тандемно повторяющейся иммуногенной области циркумспорозоитного белка Plasmodium knowlesi. Природа. 1983; 305: 29–33.[PubMed] [Google Scholar]
• Гоэль В.К., Ли Х, Чен Х., Лю С.К., Чишти А.Х., О СС. Полоса 3 представляет собой связывающий рецептор хозяина поверхностный белок 1 мерозоитов во время инвазии эритроцитов Plasmodium falciparum. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2003; 100: 5164–5169. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Gruber A, Gunalan K, Ramalingam JK, Manimekalai MS, Gruber G, Preiser PR. Структурная характеристика эритроцит-связывающего домена семейства гомологов ретикулоцит-связывающих белков Plasmodium yoelii.Инфекция и иммунитет. 2011; 79: 2880–2888. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хеддини А., Чен К., Обиеро Дж., Кай О, Фернандес В., Марш К. и др. Связывание эритроцитов, инфицированных Plasmodium falciparum, с растворимой молекулой-1 адгезии эндотелиальных клеток тромбоцитов (PECAM-1 / CD31): частое распознавание клиническими изолятами. Американский журнал тропической медицины и гигиены. 2001; 65: 47–51. [PubMed] [Google Scholar]
• Hester J, Chan ER, Menard D, Mercereau-Puijalon O, Barnwell J, Zimmerman PA, Serre D.Сборка De Novo генома полевого изолята выявила новые гены инвазии эритроцитов Plasmodium vivax. PLoS игнорирует тропические болезни. 2013; 7: e2569. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хиггинс MK. Структура хондроитинсульфатсвязывающего домена, важного при плацентарной малярии. Журнал биологической химии. 2008; 283: 21842–21846. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ходдер А.Н., Крютер П.Е., Мэтью М.Л., Рид Г.Е., Мориц Р.Л., Симпсон Р.Дж., Андерс Р.Ф.Структура дисульфидной связи антигена-1 апикальной мембраны Plasmodium. Журнал биологической химии. 1996; 271: 29446–29452. [PubMed] [Google Scholar]
• Ходдер А.Н., Чаботар П.Е., Убольди А.Д., Кларк О.Б., Лин С.С., Целитель Дж. И др. Понимание доменов, подобных связыванию Даффи, через кристаллическую структуру и функцию поверхностного белка мерозоитов MSPDBL2 из Plasmodium falciparum. Журнал биологической химии. 2012; 287: 32922–32939. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Holder AA, Freeman RR.Три основных антигена на поверхности мерозоитов Plasmodium falciparum происходят от одного высокомолекулярного предшественника. Журнал экспериментальной медицины. 1984; 160: 624–629. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ishino T, Chinzei Y, Yuda M. Два белка с мотивами 6-cys необходимы малярийным паразитам для передачи инфекции гепатоциту. Молекулярная микробиология. 2005. 58: 1264–1275. [PubMed] [Google Scholar]
• Джуллерат А., Левит-Бентли А., Гильотт М., Гангнард С., Хессель А., Барон Б. и др.Структура розеточного домена PfEMP1 Plasmodium falciparum показывает роль N-концевого сегмента в опосредованном гепарином ингибировании розетки. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2011; 108: 5243–5248. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Каппе С., Брудерер Т., Гант С., Фуджиока Х., Нуссенцвейг В., Менард Р. Сохранение скользящей подвижности и механизма клеточной инвазии у паразитов Apicomplexan. Журнал клеточной биологии. 1999; 147: 937–944.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Kappe SH, Buscaglia CA, Nussenzweig V. Молекулярная клеточная биология спорозоитов плазмодия. Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития. 2004; 20: 29–59. [PubMed] [Google Scholar]
• Кариу Т., Юда М., Яно К., Чинзей Ю. MAEBL необходим для заражения малярийными спорозоитами слюнных желез комаров. Журнал экспериментальной медицины. 2002; 195: 1317–1323. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Kauth CW, Epp C, Bujard H, Lutz R.Комплекс мерозоитов поверхностного белка 1 малярийного паразита человека Plasmodium falciparum: взаимодействия и расположение субъединиц. Журнал биологической химии. 2003. 278: 22257–22264. [PubMed] [Google Scholar]
• Khunrae P, Philip JM, Bull DR, Higgins MK. Структурное сравнение двух CSPG-связывающих доменов DBL из белка VAR2CSA, важного при малярии во время беременности. Журнал молекулярной биологии. 2009; 393: 202–213. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Кляйн М.М., Гиттис А.Г., Су ХП, Макобонго МО, Мур Дж. М., Сингх С. и др.Богатая цистеином междоменная область из высоко вариабельного мембранного белка-1 эритроцитов плазмодия falciparum демонстрирует консервативную структуру. Патогены PLoS. 2008; 4: e1000147. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Klotz FW, Orlandi PA, Reuter G, Cohen SJ, Haynes JD, Schauer R, et al. Для связывания 175-килодальтонного эритроцит-связывающего антигена Plasmodium falciparum и вторжения в мышиные эритроциты требуется N-ацетилнейраминовая кислота, но не ее O-ацетилированная форма. Молекулярная и биохимическая паразитология.1992; 51: 49–54. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ламарк М., Бестейро С., Папойн Дж., Рокес М., Вуллиез-Ле Норман Б., Морлон-Гайо Дж. И др. Взаимодействие RON2-AMA1 является критическим шагом в зависящей от подвижных соединений инвазии апикомплексных паразитов. Патогены PLoS. 2011; 7: e1001276. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Leech JH, Barnwell JW, Miller LH, Howard RJ. Идентификация штамм-специфического малярийного антигена, экспонированного на поверхности эритроцитов, инфицированных Plasmodium falciparum.Журнал экспериментальной медицины. 1984; 159: 1567–1575. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Лин Д.Х., Мальпеде Б.М., Бэтчелор Д.Д., Толия Н.Х. Кристаллическая структура и структура раствора эритроцит-связывающего антигена 140 Plasmodium falciparum выявляют детерминанты рецепторной специфичности во время инвазии эритроцитов. Журнал биологической химии. 2012. 287: 36830–36836. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Lobo CA, Rodriguez M, Reid M, Lustigman S. Гликофорин C является рецептором для лиганда PfEBP-2 (baebl), связывающего эритроциты Plasmodium falciparum Кровь.2003; 101: 4628–4631. [PubMed] [Google Scholar]
• Махайраки В., Вояци Т., Сиден-Киамос И., Луис С. Ламинин гамма1 Anopheles gambiae напрямую связывает циркумспорозоит-белок Plasmodium berghei и TRAP-связанный белок (CTRP). Молекулярная и биохимическая паразитология. 2005. 140: 119–121. [PubMed] [Google Scholar]
• Майер А.Г., Баум Дж., Смит Б., Конвей Д.И., Ковман А.Ф. Полиморфизм связывающих эритроциты антигенов 140 и 181 влияет на функцию и связывание, но не на рецепторную специфичность Plasmodium falciparum.Инфекция и иммунитет. 2009; 77: 1689–1699. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Malpede BM, Lin DH, Tolia NH. Молекулярная основа распознавания сиаловой кислоты-зависимого рецептора инвазионным белком Plasmodium falciparum, связывающим эритроцит антиген-140 / BAEBL. Журнал биологической химии. 2013; 288: 12406–12415. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Mayer DC, Mu JB, Feng X, Su XZ, Miller LH. Полиморфизм в лиганде, связывающем эритроциты Plasmodium falciparum, изменяет его рецепторную специфичность.Журнал экспериментальной медицины. 2002; 196: 1523–1528. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Menard D, Chan ER, Benedet C, Ratsimbasoa A, Kim S, Chim P, et al. Полногеномное секвенирование полевых изолятов выявляет частую дупликацию гена связывающего белка Даффи в малагасийских штаммах Plasmodium vivax. PLoS игнорирует тропические болезни. 2013; 7: e2489. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Морган В.Д., Бердсол Б., Френкил Т.А., Градуэлл М.Г., Бургхаус П.А., Сайед С.Е.Структура раствора пары модулей EGF из поверхностного белка мерозоитов Plasmodium falciparum 1. Журнал молекулярной биологии. 1999. 289: 113–122. [PubMed] [Google Scholar]
• Mota MM, Pradel G, Vanderberg JP, Hafalla JC, Frevert U, Nussenzweig RS, et al. Миграция спорозоитов Plasmodium через клетки до заражения. Наука. 2001; 291: 141–144. [PubMed] [Google Scholar]
• Ntumngia FB, Adams JH. Дизайн и иммуногенность нового синтетического антигена на основе лигандного домена Duffy-связывающего белка Plasmodium vivax.Клиническая и вакцинная иммунология: CVI. 2012; 19: 30–36. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Орланди, Пенсильвания, Klotz FW, Haynes JD. Рецептор инвазии малярии, 175-килодальтонный связывающий эритроцит антиген Plasmodium falciparum, распознает концевые последовательности Neu5Ac (альфа 2–3) Gal гликофорина A. Журнал клеточной биологии. 1992; 116: 901–909. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Писарро Дж. К., Читарра В., Верже Д., Холм И., Петрес С., Дартевел С. и др. Кристаллическая структура Fab-комплекса, образованного с PfMSP1-19, C-концевым фрагментом поверхностного белка 1 мерозоитов из Plasmodium falciparum: кандидата на вакцину против малярии.Журнал молекулярной биологии. 2003. 328: 1091–1103. [PubMed] [Google Scholar]
• Писарро Дж. К., Вуллиез-Ле Норман Б., Чесн-Сек М. Л., Коллинз С. Р., Уизерс-Мартинез С., Хакетт Ф. и др. Кристаллическая структура антигена апикальной мембраны кандидата на вакцину против малярии 1. Наука. 2005; 308: 408–411. [PubMed] [Google Scholar]
• Плассмайер М.Л., Рейтер К., Шимп Р.Л., мл., Котова С., Смит П.Д., Хурт Д.Э. и др. Структура циркумспорозоитного белка Plasmodium falciparum, ведущего кандидата на вакцину от малярии.Журнал биологической химии. 2009; 284: 26951–26963. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ремарк EJ, Faber BW, Kocken CH, Thomas AW. Апикальный мембранный антиген 1: рассматривается кандидат на вакцину от малярии. Тенденции паразитологии. 2008. 24: 74–84. [PubMed] [Google Scholar]
• Роу Дж. А., Классенс А., Корриган Р. А., Арман М. Адгезия эритроцитов, инфицированных Plasmodium falciparum, к клеткам человека: молекулярные механизмы и терапевтические последствия. Обзоры экспертов в области молекулярной медицины.2009; 11: e16. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Рупп И., Сологуб Л., Уильямсон К.С., Шойермайер М., Рейнингер Л., Дериг С. и др. Малярийные паразиты образуют нитчатые межклеточные связи во время размножения в средней кишке комара. Клеточные исследования. 2011; 21: 683–696. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Салинас Н.Д., Толия Н.Х. Количественный анализ связывания и ингибирования антигена 175 связывания эритроцитов Plasmodium falciparum показывает, что высокое сродство связывания зависит от обоих доменов DBL.Экспрессия и очистка белков. 2013 в прессе. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Сампат С., Каррико С., Джейн Дж., Гурумурти С., Гибсон С., Мелчер М. и др. Гликановая маскировка связывающего белка Даффи Plasmodium vivax для исследования функции связывания белка и разработки вакцины. Патогены PLoS. 2013; 9: e1003420. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Сандерс П.Р., Гилсон П.Р., Кантин Г.Т., Гринбаум, округ Колумбия, Небл Т., Каруччи Д.Д. и др. Отдельные классы белков, включая новые поверхностные антигены мерозоитов в Raft-подобных мембранах Plasmodium falciparum.Журнал биологической химии. 2005; 280: 40169–40176. [PubMed] [Google Scholar]
• Саксена А.К., Сингх К., Су ХП, Кляйн М.М., Стоуэрс А.В., Саул А.Дж. и др. Основные белки P25 и P28 стадии комара из Plasmodium образуют треугольные призмы, похожие на плитку. Структурная и молекулярная биология природы. 2006; 13: 90–91. [PubMed] [Google Scholar]
• Saxena AK, Wu Y, Garboczi DN. Поверхностные белки плазмодия p25 и p28: потенциальные вакцины, блокирующие передачу. Эукариотическая клетка. 2007. 6: 1260–1265.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Scherf A, Hernandez-Rivas R, Buffet P, Bottius E, Benatar C, Pouvelle B, et al. Антигенная изменчивость при малярии: переключение in situ, расслабленная и взаимоисключающая транскрипция генов var во время внутриэритроцитарного развития у Plasmodium falciparum. Журнал EMBO. 1998. 17: 5418–5426. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Сиден-Киамос I, Влаху Д., Маргос Дж., Бетсма А., Уотерс А. П., Синден Р. Э., Луис С. Различная роль pbs21 и pbs25 в оокинете in vitro ооцисты трансформация Plasmodium berghei.Журнал клеточной науки. 2000; 113 (Pt 19): 3419–3426. [PubMed] [Google Scholar]
• Сидянски С.П., Вандерберг Дж. П., Синнис П. Слюнные железы Anopheles stephensi несут рецепторы для области I циркумспорозоитного белка Plasmodium falciparum. Молекулярная и биохимическая паразитология. 1997; 90: 33–41. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Silvie O, Franetich JF, Charrin S, Mueller MS, Siau A, Bodescot M, et al. Роль антигена 1 апикальной мембраны во время инвазии гепатоцитов спорозоитами Plasmodium falciparum.Журнал биологической химии. 2004. 279: 9490–9496. [PubMed] [Google Scholar]
• Sim BK, Chitnis CE, Wasniowska K, Hadley TJ, Miller LH. Рецепторные и лигандные домены для инвазии эритроцитов Plasmodium falciparum. Наука. 1994; 264: 1941–1944. [PubMed] [Google Scholar]
• Сим Б.К., Орланди П.А., Хейнс Дж. Д., Клотц Ф. У., Картер Дж. М., Камю Д. и др. Первичная структура эритроцит-связывающего антигена 175K Plasmodium falciparum и идентификация пептида, который вырабатывает антитела, ингибирующие инвазию мерозоитов малярии.Журнал клеточной биологии. 1990; 111: 1877–1884. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Сингх С.К., Хора Р., Белрхали Х., Читнис С.Э., Шарма А. Структурная основа распознавания Даффи малярийным паразитом, похожим на Даффи-связывающий домен. Природа. 2006; 439: 741–744. [PubMed] [Google Scholar]
• Синнис П., Коппи А., Тойда Т., Тойода Х., Киношита-Тойода А., Се Дж. И др. Гепарансульфат комаров и его потенциальная роль в заражении и передаче малярии. Журнал биологической химии.2007. 282: 25376–25384. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Smith JD, Chitnis CE, Craig AG, Roberts DJ, Hudson-Taylor DE, Peterson DS и др. Переключение экспрессии генов Plasmodium falciparum var коррелирует с изменениями антигенного и цитоадгезионного фенотипа инфицированных эритроцитов. Клетка. 1995. 82: 101–110. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Smith JD, Subramanian G, Gamain B, Baruch D.I, Miller LH. Классификация адгезивных доменов в семействе мембранных белков 1 эритроцитов Plasmodium falciparum.Молекулярная и биохимическая паразитология. 2000; 110: 293–310. [PubMed] [Google Scholar]
• Сонг Дж., Коксал А.С., Лу К., Спрингер Т.А. Изменение формы рецептора скользящей подвижности спорозоитов Plasmodium. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2012; 109: 21420–21425. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Сринивасан П., Битти В. Л., Диуф А., Эррера Р., Амброджио Х, Мох Дж. К. и др. Связывание мерозоитных белков плазмодия RON2 и AMA1 вызывает приверженность к инвазии.Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2011; 108: 13275–13280. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Srivastava A, Gangnard S, Round A, Dechavanne S, Juillerat A, Raynal B, et al. Полноразмерная внеклеточная область var2CSA варианта PfEMP1 необходима для специфического высокоаффинного связывания с CSA. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2010; 107: 4884–4889. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Su XZ, Heatwole VM, Wertheimer SP, Guinet F, Herrfeldt JA, Peterson DS, et al.Большое разнообразие генов семейства var кодирует белки, участвующие в цитоадгезии и антигенной изменчивости эритроцитов, инфицированных Plasmodium falciparum. Клетка. 1995; 82: 89–100. [PubMed] [Google Scholar]
• Султан А.А., Тати В., Фреверт У., Робсон К.Дж., Крисанти А., Нуссенцвейг В. и др. TRAP необходим для скользящей подвижности и инфекционности спорозоитов плазмодия. Клетка. 1997; 90: 511–522. [PubMed] [Google Scholar]
• Taechalertpaisarn T, Crosnier C, Bartholdson SJ, Hodder AN, Thompson J, Bustamante LY, et al.Биохимический и функциональный анализ двух белков 6-cys стадии крови Plasmodium falciparum: P12 и P41. ПлоС один. 2012; 7: e41937. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Толик Н.Х., Энемарк Э.Дж., Сим Б.К., Джошуа-Тор Л. Структурная основа пути инвазии эритроцитов EBA-175 малярийным паразитом Plasmodium falciparum. Клетка. 2005. 122: 183–193. [PubMed] [Google Scholar]
• Томас А.М., Маргос Г., Димопулос Г., ван Лин Л.Х., де Конинг-Уорд Т.Ф., Синха Р. и др. Белки P25 и P28 на поверхности малярийных оокинет выполняют множественные и частично повторяющиеся функции.Журнал EMBO. 2001; 20: 3975–3983. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Tonkin ML, Arredondo SA, Loveless BC, Serpa JJ, Makepeace KA, Sundar N, et al. Структурная и биохимическая характеристика Plasmodium falciparum 12 (Pf12) выявляет уникальную междоменную организацию и возможность антипараллельного расположения с Pf41. Журнал биологической химии. 2013; 288: 12805–12817. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Тордай Х., Баньяи Л., Патти Л.Модуль PAN: N-концевые домены плазминогена и фактора роста гепатоцитов гомологичны яблочным доменам семейства прекалликреина и новому домену, обнаруженному во многих белках нематод. Письма FEBS. 1999; 461: 63–67. [PubMed] [Google Scholar]
• Триглиа Т., Целитель Дж., Каруана С.Р., Ходдер А.Н., Андерс Р.Ф., Крабб Б.С., Ковман А.Ф. Апикальный мембранный антиген 1 играет центральную роль в инвазии эритроцитов видами Plasmodium. Молекулярная микробиология. 2000; 38: 706–718. [PubMed] [Google Scholar]
• Учимэ О., Эррера Р., Рейтер К., Котова С., Шимп Р.Л., мл., Миура К. и др.Анализ конформации и функции белков мерозоитов Plasmodium falciparum MTRAP и PTRAMP. Эукариотическая клетка. 2012; 11: 615–625. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• ван Дейк М.Р., Джансе С.Дж., Томпсон Дж., Уотерс А.П., Бракс Дж. А., Додемон Х. Дж. И др. Центральная роль P48 / 45 в фертильности мужских гамет малярийных паразитов. Клетка. 2001; 104: 153–164. [PubMed] [Google Scholar]
• ван Дейк М.Р., ван Шайк BC, Хан С.М., ван Дорен М.В., Рамесар Дж., Качановски С. и др. Три члена семейства 6-cys белков Plasmodium играют роль в фертильности гамет.Патогены PLoS. 2010; 6: e1000853. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Vigan-Womas I, Guillotte M, Juillerat A, Hessel A, Raynal B, England P, et al. Структурные основы зависимости ABO от группы крови Plasmodium falciparum rosetting. Патогены PLoS. 2012; 8: e1002781. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Vlachou D, Lycett G, Siden-Kiamos I, Blass C, Sinden RE, Louis C. Ламинин Anopheles gambiae взаимодействует с поверхностным белком P25 Plasmodium berghei ookinetes.Молекулярная и биохимическая паразитология. 2001; 112: 229–237. [PubMed] [Google Scholar]
• Вуллиез-Ле Норман Б., Тонкин М.Л., Ламарк М.Х., Лангер С., Хус С., Рокес М. и др. Структурное и функциональное понимание комплекса подвижных узлов малярийных паразитов. Патогены PLoS. 2012; 8: e1002755. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Wanaguru M, Crosnier C, Johnson S, Rayner JC, Wright GJ. Биохимический анализ взаимодействия антигена-175 (EBA175) -гликофорина-А, связывающего эритроциты Plasmodium falciparum: ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ВАКЦИНЫ.Журнал биологической химии. 2013; 288: 32106–32117. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван К., Фуджиока Х., Нуссенцвейг В. Мутационный анализ последовательности присоединения GPI-якоря из циркумспорозоитного белка плазмодия. Клеточная микробиология. 2005; 7: 1616–1626. [PubMed] [Google Scholar]
• Венгельник К., Спаккапело Р., Найца С., Робсон К.Дж., Янсе К.Дж., Бистони Ф. и др. А-домен и связанный с тромбоспондином мотив TRAP Plasmodium falciparum участвуют в процессе инвазии слюнных желез комаров.Журнал EMBO. 1999; 18: 5195–5204. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Withers-Martinez C, Haire LF, Hackett F, Walker PA, Howell SA, Smerdon SJ, et al. Кристаллографическая структура области VI малярии EBA-175 обнаруживает KIX-подобный интерфейс связывания. Журнал молекулярной биологии. 2008; 375: 773–781. [PubMed] [Google Scholar]
• Юда М., Сакаида Х., Чинзей Ю. Целевое нарушение гена CTRP плазмодия berghei показывает его важную роль в заражении малярией комаров-переносчиков.Журнал экспериментальной медицины. 1999a; 190: 1711–1716. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Юда М., Савай Т., Чинцей Ю. Структура и экспрессия адгезивной белковой молекулы малярийного паразита на инвазивной стадии комара. Журнал экспериментальной медицины. 1999b; 189: 1947–1952. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

CDC — Малярия — О малярии

Комары Anopheles

Малярия передается человеку самками комаров из рода Anopheles. Самки комаров принимают пищу из крови для производства яиц, и эта пища из крови является связующим звеном между человеком и комарами-хозяевами в жизненном цикле паразитов. Успешное развитие малярийного паразита в комаре (от стадии «гаметоцит» до стадии «спорозоит») зависит от нескольких факторов. Наиболее важными являются температура и влажность окружающей среды (более высокие температуры ускоряют рост паразита в комаре) и то, выживет ли Anopheles достаточно долго, чтобы паразит мог завершить свой цикл в комаре-хозяине («спорогонический» или «внешний» цикл, продолжительность от 9 до 18 дней).В отличие от человека-хозяина, хозяин-комар не сильно страдает от присутствия паразитов.

Схема взрослых самок комаров

Карта мира, показывающая распространение преобладающих переносчиков малярии

Anopheles freeborni Комар перекачивает кровь
Изображение большего размера

Общая информация

Насчитывается около 3 500 видов комаров, сгруппированных в 41 род. Малярия человека передается только самками рода Anopheles .Из примерно 430 видов Anopheles только 30-40 являются переносчиками малярии (т. Е. Являются «переносчиками») в природе. Остальные либо кусают людей нечасто, либо не могут поддерживать развитие малярийных паразитов.

Географическое распространение

Anophelines встречаются по всему миру, кроме Антарктиды. Малярия передается различными видами Anopheles в разных географических регионах. В пределах географических регионов разная среда поддерживает разные виды.

Anophelines, которые могут передавать малярию, обнаружены не только в эндемичных по малярии районах, но и в районах, где малярия была ликвидирована.Таким образом, эти области подвержены риску повторного занесения болезни.

Этапы жизни

Как и все комары, комары Anopheles проходят в своем жизненном цикле четыре стадии: яйцо, личинка, куколка и взрослая особь. Первые три этапа — водные и длятся 7-14 дней, в зависимости от вида и температуры окружающей среды. Самка комара Anopheles , кусающая самку, может переносить малярию. Самцы комаров не кусаются, поэтому не могут передавать малярию или другие заболевания. Взрослые самки, как правило, недолговечны, и лишь небольшая их часть живет достаточно долго (более 10 дней в тропических регионах), чтобы передавать малярию.

Яйца

Взрослые самки за одну кладку откладывают 50-200 яиц. Яйца кладут поодиночке прямо на воду и уникальны тем, что имеют поплавки с обеих сторон. Яйца неустойчивы к высыханию и вылупляются в течение 2-3 дней, хотя в более холодном климате вылупление может занять до 2-3 недель.

Личинки

Личинки комаров имеют хорошо развитую голову с щетками для рта, используемыми для кормления, большую грудную клетку и сегментированный живот. У них нет ног. В отличие от других комаров, личинки Anopheles не имеют дыхательного сифона и поэтому располагаются так, чтобы их тело было параллельно поверхности воды.

Верх: Anopheles Яйцо; обратите внимание на боковые поплавки.
Дно: Anopheles яиц откладываются одиночно.

Личинки дышат через дыхальца, расположенные на 8-м сегменте брюшка, и поэтому должны часто выходить на поверхность.

Личинки проводят большую часть своего времени, питаясь водорослями, бактериями и другими микроорганизмами в поверхностном микрослое. Они делают это, поворачивая голову на 180 градусов и питаясь снизу микрослоя. Личинки ныряют под поверхность только тогда, когда их потревожат.Личинки плавают либо рывками всем телом, либо движением щеток для рта.

Личинки проходят 4 стадии развития, после чего превращаются в куколок. В конце каждого возраста личинки линяют, сбрасывая свой экзоскелет или кожу, чтобы обеспечить дальнейший рост.

Anopheles Личинка. Обратите внимание на положение, параллельное поверхности воды.

Личинки встречаются в самых разных средах обитания, но большинство видов предпочитают чистую незагрязненную воду.Личинки комаров Anopheles были обнаружены в пресноводных или соленых болотах, мангровых болотах, рисовых полях, травянистых канавах, краях ручьев и рек, а также в небольших временных водоемах. Многие виды предпочитают места обитания с растительностью. Другие предпочитают среды обитания, которых нет. Некоторые размножаются в открытых, освещенных солнцем бассейнах, в то время как другие встречаются только в затененных местах размножения в лесах. Некоторые виды размножаются в дуплах деревьев или пазухах листьев некоторых растений.

Куколка при взгляде сбоку имеет форму запятой.Это переходный этап между личинкой и взрослой особью. Куколка не питается, но претерпевает радикальные метаморфозы. Голова и грудная клетка сливаются в головогруди, а брюшко изгибается снизу. Как и в случае с личинками, куколки должны часто выходить на поверхность, чтобы дышать, что они делают через пару дыхательных труб на головогруди. Через несколько дней в виде куколки дорсальная поверхность головогруди расщепляется, и взрослый комар выходит на поверхность воды.

Продолжительность от яйца до взрослой особи значительно варьируется у разных видов и сильно зависит от температуры окружающей среды.Комары могут превратиться из яйца в взрослую особь всего за 7 дней, но в тропических условиях обычно это занимает 10-14 дней.

Anopheles Куколка

Anopheles Взрослые. Обратите внимание (нижний ряд) на типичное положение покоя.

Взрослые

Как и все комары, взрослые анофелии имеют стройное тело с тремя отделами: головой, грудной клеткой и брюшком.

Голова предназначена для получения сенсорной информации и для кормления. На голове расположены глаза и пара длинных, многочлениковых усиков.Усики важны для обнаружения запахов хозяина, а также запахов в местах обитания водных личинок, где самки откладывают яйца. На голове также есть удлиненный, выступающий вперед хоботок, используемый для кормления, и два сенсорных щупика.

Грудная клетка предназначена для передвижения. К грудной клетке прикреплены три пары ног и одна пара крыльев.

Брюшная полость предназначена для переваривания пищи и развития яиц. Эта сегментированная часть тела значительно увеличивается, когда самка принимает пищу с кровью.Кровь со временем переваривается и служит источником белка для производства яиц, которые постепенно заполняют брюшную полость.

Комаров Anopheles можно отличить от других комаров по щупикам, длина которых равна длине хоботка, и по наличию отдельных блоков черной и белой чешуек на крыльях. Взрослых особей Anopheles можно также идентифицировать по их типичному положению покоя: самцы и самки отдыхают так, что их брюшко торчит вверх, а не параллельно поверхности, на которой они отдыхают .

Взрослые комары обычно спариваются в течение нескольких дней после выхода из стадии куколки. У некоторых видов самцы образуют большие стаи, обычно в сумерках, а самки летают в стаи для спаривания. Места спаривания многих видов остаются неизвестными.

Самцы живут около недели, питаясь нектаром и другими источниками сахара. Самки также питаются источниками сахара для получения энергии, но обычно им требуется кровяная мука для развития яиц. После полноценной еды самка будет отдыхать в течение нескольких дней, пока кровь переваривается и развиваются яйца.Этот процесс зависит от температуры, но в тропических условиях обычно занимает 2-3 дня. Когда яйца полностью развиваются, самка откладывает их, а затем ищет кровь, чтобы выдержать еще одну партию яиц.

Цикл повторяется до самой смерти самки. Самки могут прожить до месяца (или дольше в неволе), но большинство из них не живут дольше 1-2 недель в природе. Их шансы на выживание зависят от температуры и влажности, а также от их способности успешно питаться кровью, избегая при этом защиты хозяина.

Самка Anopheles dirus кормление

Факторы, участвующие в передаче малярии и борьбе с ней

Понимание биологии и поведения комаров Anopheles может помочь в разработке соответствующих стратегий борьбы. Факторы, влияющие на способность комара переносить малярию, включают его врожденную восприимчивость к Plasmodium , выбор хозяина и продолжительность жизни. Наиболее опасны долгожители, предпочитающие человеческую кровь и поддерживающие развитие паразитов.Факторы, которые следует учитывать при разработке программы борьбы, включают восприимчивость малярийных комаров к инсектицидам и предпочтительное место кормления и отдыха взрослых комаров.

Подробнее: как уменьшить воздействие малярии

Предпочтительные источники крови

Одним из важных поведенческих факторов является степень, в которой вид Anopheles предпочитает питаться людьми (антропофилия) или животными, такими как крупный рогатый скот (зоофилия). Anthrophilic Anopheles с большей вероятностью передаст малярийных паразитов от одного человека к другому.Большинство комаров Anopheles не являются исключительно антропофильными или зоофильными; многие из них приспособлены и питаются любым доступным хостом. Однако основные переносчики малярии в Африке — An. gambiae и An. funestus , являются сильно антропофильными и, следовательно, являются двумя наиболее эффективными переносчиками малярии в мире.

Продолжительность жизни

Попадая в организм комара, малярийные паразиты должны развиться внутри комара, прежде чем они заразятся для человека.Время, необходимое для развития комара (внешний инкубационный период), занимает 9 дней или больше, в зависимости от вида паразита и температуры. Если комар не проживет дольше внешнего инкубационного периода, он не сможет передавать малярийных паразитов.

Непосредственно измерить продолжительность жизни комаров в природе невозможно, но во многих исследованиях продолжительность жизни косвенно измерялась путем изучения их репродуктивного статуса или путем маркировки, выпуска и повторного отлова взрослых комаров.Большинство комаров не живут достаточно долго, чтобы передавать малярию, но некоторые могут жить до трех недель в природе. Хотя данные свидетельствуют о том, что уровень смертности увеличивается с возрастом, большинство рабочих оценивают долголетие с точки зрения вероятности того, что комар однажды проживет. Обычно эти оценки варьируются от 0,7 до 0,9. Если выживаемость составляет 90% ежедневно, тогда значительная часть населения будет жить дольше 2 недель и будет способна передавать малярию.Любая мера контроля, сокращающая среднюю продолжительность жизни популяции комаров, снизит потенциал передачи. Таким образом, инсектициды не обязательно убивают комаров сразу, но могут быть эффективными, ограничивая их продолжительность жизни.

Способы кормления и отдыха

Большинство комаров Anopheles ведут сумеречный образ жизни (активны в сумерках или на рассвете) или ведут ночной образ жизни (активны ночью). Некоторые комары Anopheles питаются в помещении (эндофаги), а другие — на открытом воздухе (экзофаги).После кормления кровью некоторые комары Anopheles предпочитают отдыхать в помещении (эндофильные), в то время как другие предпочитают отдых на открытом воздухе (экзофильные). Укусы ночных, эндофагических комаров Anopheles можно значительно уменьшить за счет использования обработанных инсектицидами надкроватных сеток (ITN) или за счет улучшенной конструкции жилья для предотвращения проникновения комаров (например, оконных сеток). С эндофильными комарами легко бороться с помощью распыления в помещении остаточных инсектицидов. Напротив, экзофагические / экзофильные переносчики лучше всего контролируются путем сокращения источников (разрушения местообитаний личинок).

Устойчивость к инсектицидам

Меры контроля на основе инсектицидов (например, опрыскивание помещений инсектицидами, ИНН) являются основным способом уничтожения комаров, кусающих внутри помещений. Однако после длительного воздействия инсектицида в течение нескольких поколений у комаров, как и у других насекомых, может развиться резистентность, способность выживать при контакте с инсектицидом. Поскольку у комаров может быть много поколений в год, очень быстро может возникнуть высокий уровень устойчивости. Устойчивость комаров к некоторым инсектицидам была документально подтверждена в течение нескольких лет после их внедрения.Существует более 125 видов комаров с подтвержденной устойчивостью к одному или нескольким инсектицидам. Развитие устойчивости к инсектицидам, используемым для остаточного опрыскивания помещений, было основным препятствием во время Глобальной кампании по искоренению малярии. Разумное использование инсектицидов для борьбы с комарами может ограничить развитие и распространение устойчивости, особенно за счет ротации различных классов инсектицидов, используемых для борьбы. Мониторинг устойчивости важен для предупреждения программ контроля о переходе на более эффективные инсектициды.

Восприимчивость / рефрактерность

Некоторые виды Anopheles являются плохими переносчиками малярии, поскольку паразиты не развиваются (или не развиваются вообще) внутри них. Есть также вариации внутри видов. В лаборатории удалось отобрать штаммы An. gambiae , устойчивые к заражению малярийными паразитами. Эти невосприимчивые штаммы обладают иммунным ответом, который инкапсулирует и убивает паразитов после того, как они вторгаются в стенку желудка комара.Ученые изучают генетический механизм этой реакции. Есть надежда, что когда-нибудь генетически модифицированные комары, невосприимчивые к малярии, смогут заменить диких комаров, тем самым ограничив или исключив передачу малярии.

CDC — DPDx — Малярия

Молекулярная диагностика

Анализ в агарозном геле (2%) диагностического теста ПЦР для видоспецифического обнаружения ДНК Plasmodium .

Морфологические характеристики малярийных паразитов могут определять вид паразита, однако микроскописты могут иногда не различать виды в случаях, когда морфологические характеристики совпадают (особенно Plasmodium vivax и P.ovale ), а также в случаях, когда морфология паразита была изменена в результате лечения препаратами или неправильного хранения образца. В таких случаях вид Plasmodium можно определить с помощью подтверждающих молекулярных диагностических тестов. Кроме того, молекулярные тесты, такие как ПЦР, могут обнаруживать паразитов в образцах, где паразитемия может быть ниже обнаруживаемого уровня исследования мазка крови. Ниже описаны методы, используемые в настоящее время в CDC.

ПЦР-диагностика малярии для конкретных видов

Геномная ДНК плазмодия экстрагируется из 200 мкл цельной крови с использованием набора QIAamp Blood Kit (кат.№ 29106; Qiagen Inc., Чатсуорт, Калифорния) или аналогичный продукт, который может дать сравнимую концентрацию геномной ДНК из того же объема крови.

Обнаружение и идентификация Plasmodium на уровне видов выполняется с помощью анализа ПЦР в реальном времени, как описано Rougemont et al 2004. Это двойной дуплексный анализ, который выявляет P. falciparum и P. vivax в одном реакция и P. malariae и P. ovale в параллельной реакции с использованием видоспецифичных зондов TaqMan.В случаях, когда подозревается заражение более чем одним видом Plasmodium , есть возможность использовать обычный анализ вложенной ПЦР (Snounou el al, 1993), который имеет улучшенное разрешение смешанной инфекции по сравнению с анализом ПЦР в реальном времени.

Анализ в агарозном геле (2%) диагностического теста ПЦР для видоспецифического обнаружения ДНК Plasmodium . ПЦР выполняли с использованием вложенных праймеров Snounou et al.1

.

,
• , Дорожка S: Стандарт пар молекулярных оснований (ступенчатая диаграмма из 50 пар оснований).Черные стрелки показывают размер стандартных полос.
• Дорожка 1: Красная стрелка показывает диагностическую полосу для P. vivax (размер: 120 п.н.).
• Дорожка 2: Красная стрелка показывает диагностическую полосу для P. malariae (размер: 144 п.н.).
• Дорожка 3: Красная стрелка показывает диагностическую полосу для P. falciparum (размер: 205 п.н.).
• Дорожка 4: Красная стрелка показывает диагностическую полосу для P.ovale (размер: 800 п.н.).

Артикул:

Матьё Ружмон, Мадлен Ван Саанен, Роланд Сахли, Ханс Петер Хинриксон, Жак Билле и Катя Жатон. Обнаружение четырех видов Plasmodium в крови людей с помощью субъединиц гена 18S рРНК и специфичных для видов ПЦР в реальном времени. J. Clin. Microbiol. 2004, 42 (12): 5636.

Snounou G, Viriyakosol S, Zhu XP и др. Высокочувствительное обнаружение малярийных паразитов человека с помощью вложенной полимеразной цепной реакции.Mol Biochem Parasitol 1993; 61: 315-320.

Обнаружение антител

Положительный результат ИФА с шизонтовым антигеном P. malariae .

Обнаружение антител к малярии для клинической диагностики выполняется с помощью теста непрямых флуоресцентных антител (IFA). Процедуру IFA можно использовать в качестве диагностического инструмента, чтобы определить, был ли пациент инфицирован Plasmodium . Из-за времени, необходимого для выработки антител, а также из-за наличия антител серологическое тестирование нецелесообразно для рутинной диагностики острой малярии.Однако обнаружение антител может быть полезно для:

• скрининг доноров крови, вовлеченных в случаи малярии, вызванной переливанием крови, когда паразитемия донора может быть ниже обнаруживаемого уровня исследования мазка крови
• тестирование пациента, который недавно лечился от малярии, но диагноз ставится под сомнение

Видоспецифические тесты доступны для четырех видов человека: P. falciparum , P. vivax , P. malariae и P.ovale . Перекрестные реакции часто происходят между видами Plasmodium и видами Babesia . Стадия крови Plasmodium видов шизонтов (меронтов) используются в качестве антигена. Сыворотка пациента подвергается воздействию организмов; гомологичное антитело, если оно присутствует, присоединяется к антигену, образуя комплекс антиген-антитело (Ag-Ab). Затем добавляется меченное флуоресцеином антитело против человека, которое присоединяется к специфическим антителам пациента к малярии. При исследовании с помощью флуоресцентного микроскопа положительная реакция проявляется в том, что паразиты флуоресцируют яблочно-зеленым цветом.

Артикул:

Зульцер А.Дж., Уилсон М. Тест флуоресцентных антител против малярии. Crit Rev Clin Lab Sci 1971; 2: 601-609.

Обнаружение антигена

Помимо микроскопии и молекулярных методов, существуют методы обнаружения малярийных паразитов на основе антигенов или ферментативной активности, связанной с паразитами. Эти методы часто упаковываются в индивидуальные тестовые наборы, называемые экспресс-диагностическими тестами или RDT.

Эти методы включают, среди прочего:

• обнаружение антигена (богатый гистидином протеин-2, HRP-2), ассоциированного с паразитами малярии ( P.falciparum )
• обнаружение альдолазы, специфичной для Plasmodium
• Обнаружение лактатдегидрогеназы (pLDH), ассоциированной с Plasmodium , либо по ее ферментативной активности, либо с помощью иммуноанализа

В настоящее время существует только один RDT, лицензированный для использования в США. Для получения дополнительной информации посетите https://www.cdc.gov/malaria/diagnosis_treatment/rdt.html

.

Скамейки

Plasmodium — microbewiki

Страница Microbial Biorealm по роду Plasmodium

Плазмодий в крови.Из CDC.

Классификация

Таксоны высшего порядка

Eukaryota; Альвеолаты; Apicomplexa; Гемоспориды

Виды

Plasmodium falciparum
Plasmodium ovale
Plasmodium vivax
Plasmodium malariae

Описание и значение

Plasmodium , паразит, вызывающий малярию у человека, входит в число наиболее изученных родов паразитов в мире.Несмотря на обширные исследования возможных методов борьбы, инфекция людей продолжает расти в тропических и субтропических регионах. В настоящее время насчитывается около 500 000 000 инфицированных, из которых ежегодно умирает 1-2 миллиона человек. Существует четыре типа Plasmodium , вызывающих малярию у человека: Plasmodium falciparum, Plasmodium ovale, Plasmodium vivax, и Plasmodium malariae. Все они передаются человеку-хозяину исключительно через комаров-переносчиков Anophele. Плазмодий — один из старейших известных паразитов; его долгая история предполагает длительные адаптивные отношения с человеческим хозяином.Сегодня случаи заболевания растут в странах, не зараженных малярией, поскольку все больше людей едут в Африку, Индию, Бразилию и некоторые азиатские страны, где наиболее распространены комары-переносчики. Симптомы болезни могут остаться незамеченными или неправильно диагностированными; клинические признаки включают лихорадку, озноб, слабость, головную боль, рвоту, диарею, анемию, легочную и почечную дисфункцию, неврологические изменения. Отсутствие лечения малярии может привести к смерти.

Структура генома

Геном наиболее распространенной формы Plasmodium , вызывающей малярию у человека, Plasmodium falciparum , был полностью секвенирован, в результате получено 14 хромосом и 5300 генов, большое количество которых отвечает за уклонение от иммунитета хозяина.Средняя плотность генов составляет приблизительно 1 ген / 4 338 пар оснований. Картирование этой последовательности генома открывает новые возможности для исследования возможных вакцин. Щелкните здесь, чтобы получить полный анализ последовательности генома Plasmodium falciparum .

Структура клетки и метаболизм

Plasmodium vivax кольцевой столик Plasmodium malariae кольцевая стадия Plasmodium falciparum кольцевая стадия Plasmodium ovale кольцевая стадия

Хотя четыре основных вида Plasmodium в некоторой степени отличаются друг от друга, все они имеют один и тот же сложный жизненный цикл, включающий насекомых-переносчиков (комаров) и человека-хозяина.Когда инфицированный комар Anophele кусает человека, спорозоиты вводятся со слюной. Размер спорозоитов составляет 10-15 мкм в длину и около 1 мкм в диаметре. У них тонкая внешняя мембрана, двойная внутренняя мембрана, под которой расположены субпеликулярные микротрубочки. У них 3 полярных кольца, а ромбовидные узоры длинные, простираются на половину длины тела. Микронемы, извилистые продолговатые тела, идут вперед к передней части спорозоитов, входя в общий проток с рооптриями. Митохондрии расположены на заднем конце.После попадания в систему кровообращения спорозоиты быстро вторгаются в клетки печени, используя апикальные органеллы (характерные для всех апикомплексов; подробнее см. Apicomplexa).

Внутри клетки печени хозяина клетка Plasmodium подвергается бесполой репликации. Продукты этой репликации, называемые мерозоитами, попадают в систему кровообращения. Мерозоиты проникают в эритроциты и становятся увеличенными кольцевидными трофозоитами. На этом этапе клетки поглощают цитоплазму хозяина и протеолизируют гемоглобин до аминокислот.Несколько раундов ядерного деления приводят к шизонту. Из этих шизонтов почки мерозоитов, которые высвобождаются после разрыва эритроцитов. Происходит еще больше эритроцитов, и цикл возобновляется.

Иногда вместо шизогонии (так известен цикл шизонтов) паразиты размножаются половым путем в микро- или макрогаметоциты. В ходе гаметогенеза эти микро- или макрогаметоциты трансформируются в микро- или макрогаметоциты. Это может произойти только после того, как гаметоциты попали в организм комара.После указанного приема внутрь микрогаметоцит подвергается трем ядерным делениям; образовавшиеся восемь ядер становятся связанными с измельчением жгутиков (этот процесс называется эксфлагелляцией). Высокоподвижные микрогаметы сливаются с макрогаметами и образуют зиготу, которая затем превращается в оокинету. Достигнув пространства между эпителиальными клетками и базальной пластиной хозяина, оокинета превращается в ооцисту. Бесполая репликация приводит к образованию большого количества спорозоитов, которые высвобождаются в полость тела комара-переносчика при созревании ооцисты.Спорозоиты способны распознавать слюнную железу переносчика и вводятся позвоночному хозяину во время еды комара кровью, таким образом, начиная процесс снова. Четыре вида Plasmodium , поражающие людей, различаются морфологически, незначительно с точки зрения их жизненных циклов, с точки зрения предпочтений эритроцитов-хозяев и различных клинических симптомов.

Изображения из колледжа биологической медицины, Университет штата Огайо

Жизненный цикл плазмодия Вектор комаров Anophele

Малярия

Экология малярии

Плазмодий — паразит, широко распространенный во всем мире.Поскольку для размножения насекомых-переносчиков требуется теплая и влажная среда, виды, вызывающие малярию, Plasmodium обычно ограничены тропическими и субтропическими местами. Глобальное потепление и миграции населения имеют отношение к распространению Plasmodium . Plasmodium falciparum наиболее распространен в тропических и субтропических регионах. Plasmodium ovale наиболее распространен в регионе западного побережья Африки. Plasmodium malariae имеет обширный ареал распространения, но довольно рассредоточен в этом районе. Plasmodium vivax , как и falciparum , распространяется на большой территории, но относительно редко в африканских странах. Был протестирован ряд методов борьбы, и некоторые из них, включая использование ДДТ, доказали свою эффективность, но лекарственная устойчивость и другие проблемы со здоровьем делают некоторые из этих методов нежелательными.

История малярии

История

Первое очевидное упоминание о симптомах, подобных малярии, было зарегистрировано в древнем Nei Ching (Канон медицины) около 4700 г. до н. Э.В этих статьях также упоминалось о многих средствах лечения малярии, в том числе об использовании растения Цинхао для снижения температуры (1). Письма также встречаются клинописью на глиняных табличках и древнеиндийских, шумерских и египетских текстах (2). Гиппократ записал проявления малярии в 4 веке до н.э., а также время года и место, где заболела жертва. Гиппократ был, по-видимому, первым, кто отличил перемежающуюся лихорадку малярии от постоянной лихорадки других инфекционных болезней.Давно известно, что малярия связана с болотами. Считалось, что он передается ветром, и его современное название на английском языке происходит от итальянского mal’aria от mala aria , буквально «плохой воздух». Вероятно, это имя было впервые использовано итальянским врачом Франсиско Торти (1658-1741). В 1880 году французский врач Шарль Луи Альфонс Лаверан открыл паразита, вызывающего малярию у людей, получив Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 1907 году. Позже Лаверан продолжил исследование существования паразитов вне человеческого тела.Он пришел к выводу, что «паразит болотной лихорадки должен пройти одну фазу своего развития у комаров и попасть в организм человека через их укусы» (3). В 1886 году Камилло Гольджи, получивший Нобелевскую премию в 1906 году за свои открытия в нейрофизиологии, также изучал малярию и обнаружил, что существует по крайней мере две формы малярии. Одна форма вызывала лихорадку через день и называлась третичной. Другой вызывал лихорадку каждые три дня и был назван квартером. В 1890 году итальянские исследователи Джованни Батиста Грасси и Раймондо Филетти ввели названия Plasmodium vivax и P.malariae «для двух из четырех паразитов малярии, которые, как сейчас известно, поражают людей. В 1897 году американец Уильям Х. Уэлч пересмотрел работу Лаверана и назвал третьего паразита малярии P. falciparum . Наконец, в 1922 году Джон В. Стивенс обнаружил четвертого малярийного паразита, поражающего людей, P. ovale . Рональд Росс, британский офицер, обнаружил в 1897 году, что люди могут передавать малярийных паразитов комарам, выпуская незащищенных от малярии комаров в палаты больных малярией.Реальная жизнь или спорогонический цикл паразитов был впервые описан в 1899 году Джованни Батиста Грасси (4).

Всемирная организация здравоохранения в 1955 году начала глобальные усилия по искоренению эндемической малярии. Их усилия включали опрыскивание домов остаточными инсектицидами, лечение противомалярийными препаратами и постоянное наблюдение (4). Эти усилия были успешными в странах с умеренным климатом и сезонной передачей малярии, включая Европу и Австралию.Во многих других странах, включая Индию и Шри-Ланку, первоначально отмечалось заметное сокращение случаев заболевания. Однако эти и другие страны не добились больших успехов в долгосрочной перспективе, включая всю Африку к югу от Сахары. Неспособность искоренить малярию происходит по многим причинам. Самыми важными из них являются отсутствие финансирования, особенно для долгосрочных усилий, войн и связанных с ними беспорядков среди населения и новых штаммов лекарственно-устойчивой малярии, включая устойчивость комаров к инсектицидам. Особую озабоченность в настоящее время вызывает рост в регионе Меконга вдоль тайско-камбоджийской границы штаммов Plasmodium , устойчивых к высокоэффективным препаратам артема / синина (5).

Список литературы

1. Сюй, Э. (2005) «История цинхао в китайской Материи медике», Пер. Royal Soc. Троп. Med. Гигиена 100: 505-508.
2. http://www.malariasite.com/malaria/history_literature.htm
3. Сундберг, К. (1907) Выступление с докладом на Нобелевскую премию по физиологии и медицине, http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine /laureates/1907/press.html
4. http://www.cdc.gov/malaria/history/index.htm
5. Пресс-релиз ВОЗ, http: // www.wpro.who.int/media_centre/press_releases/pr200.htm

Диагностика

Диагноз малярии основывается на нескольких симптомах, но в конечном итоге он должен быть поставлен на основании обнаружения паразита с помощью лабораторных тестов.6 Ранние симптомы включают озноб, пот, лихорадку, боль в мышцах, тошноту и рвоту, которые могут появиться через 7-30 дней после первого сокращение паразита. Инкубационный период варьируется в зависимости от штамма паразита. Поскольку эти симптомы напоминают грипп, малярию трудно диагностировать там, где она не эндемична, например в Соединенных Штатах.При тяжелой форме малярии, вызванной P. falciparum, жертвы начинают испытывать более интенсивные симптомы, включая очаговые неврологические признаки, анемию, спутанность сознания, одышку и даже кому. Опять же, эти симптомы характерны для многих других заболеваний. Следовательно, единственный способ диагностировать малярию — это провести лабораторные исследования. Для окончательного диагноза каплю крови пациента окрашивают (обычно красителем Гимза) и исследуют под микроскопом на наличие паразитов. Также доступны диагностические наборы, в которых используются меченые красителем антитела, которые связываются с паразитом, и они особенно полезны в полевых условиях и для быстрой диагностики.Эти тесты становятся все более важными в диагностике малярии. Они не требуют микроскопа или квалифицированного специалиста. В Африке и других странах, где отсутствует адекватная медицинская инфраструктура, эти тесты являются важным инструментом обнаружения паразитов.

Лечение малярии

Лечение малярии (1) зависит от вида заражающего паразита и плотности этого паразита в кровотоке. Другие важные факторы для лечения включают статус паразита с лекарственной устойчивостью и страну, где паразит заразился (2).Лечение также зависит от сопутствующих заболеваний и аллергии на лекарства. Всемирная организация здравоохранения предлагает начинать лечение в течение 24 часов после появления симптомов, особенно в случае инфицирования Plasmodium falciparum , из-за быстрого прогрессирования малярии в тяжелую форму. Если вид паразита не может быть немедленно идентифицирован, пациента следует лечить так, как если бы он был инфицирован P. falciparum , до тех пор, пока не будет идентифицирован инфекционный вид.

Вводимые лекарства зависят от идентифицированного вида паразита и устойчивости к лекарствам в регионе, где паразит был приобретен.История поездок особенно важна в процессе выявления и выявления лекарственной устойчивости (3). Противомалярийные препараты можно вводить перорально, внутривенно или в виде суппозиториев, в зависимости от тяжести инфекции. Большинство лекарств назначают при высокой плотности паразита в кровотоке. Например, пациентам с P. falciparum назначают непрерывные внутривенные вливания, поскольку пероральные препараты не эффективны.

Для первичной обработки P. falciparum хлорохин остается предпочтительным препаратом в районах, где отсутствуют штаммы, устойчивые к хлорохину.В регионах с устойчивостью к хлорохину могут быть назначены три различных варианта лечения: а) комбинация атоваквона и прогуанила, б) пероральный хинин плюс тетрациклин, доксициклин или клиндамицин или в) 3-мефлохин (4).

Для P. vivax и P. ovale примахин используется для начальной обработки. Эти два вида становятся латентными в печени, но примахин эффективен в предотвращении распространения паразита в кровоток (4). Паразит может активизироваться и распространиться в кровоток из печени, вызывая у пациента рецидив малярии.Это происходит примерно у 20% пациентов. При инфекциях, вызванных P. vivax , хлорохин можно использовать с гидроксихлорохином в качестве альтернативы второй линии.

Самыми эффективными новыми препаратами являются артемизинины. В настоящее время они являются наиболее эффективными агентами против мультирезистентных штаммов малярии. По иронии судьбы, они получены из соединений самого древнего известного лечения, дерева цинхао (однолетняя китайская полынь, Artemesia annu ). Артемизинины избавляются от паразитов быстрее, чем хинин, в течение первых 24 часов лечения (5).Однако эти препараты очень дороги и пока еще не получили широкого распространения. И, как и ко всем антибиотикам, резистентность уже возникла (6).

Тяжелая форма малярии требует другого подхода из-за риска взрывного выброса паразитов в кровь. Есть два метода лечения тяжелой малярии: хинидин или обменное переливание крови. В настоящее время в США рекомендуется хинидин, но лечение проблематично, поскольку хинидин кардиотоксичен (4). Препарат обычно вводят в отделении интенсивной терапии с непрерывным электрокардиографическим контролем и частым контролем артериального давления, поскольку он может вызвать аритмию.Иногда из-за тяжести малярии препарат вообще нельзя использовать. Пациенту необходимо провести обменное переливание крови, при котором эритроциты и тромбоциты пациента заменяются перелитыми продуктами крови. Затем следует соответствующее медикаментозное лечение.

Список литературы

1. http://www.cdc.gov/malaria/diagnosis_treatment/diagnosis.htm,
2. http://www.cdc.gov/malaria/diagnosis_treatment/treatment.htm
3. http: // www. cdc.gov/malaria/travel/index.htm
4.Гриффит, К.С., Льюис, Л.С., Мали, С. и Париз, М.Э. (2007) «Лечение малярии в Соединенных Штатах», J Amer Med Assoc 297 : 2264-2277
5. Гомес, М., Рибейро, И., Варсаме, М., Карунаджива, Х. и Петцольд, М. (2008) «Ректальные артемизинины от малярии: обзор эффективности и безопасности на основе данных отдельных пациентов в клинических исследованиях» BMC Infectious Diseases 8 : 39
6. 5. Пресс-релиз ВОЗ, http://www.wpro.who.int/media_centre/press_releases/pr200.htm

Профилактика

Центры по контролю за заболеваниями советуют путешественникам, направляющимся в эндемичные по малярии страны, принять профилактические меры. Химиопрофилактику следует начинать перед поездкой и принимать постоянно в эндемичных по малярии районах. После того, как путешественник покидает эндемичный по малярии район, следует продолжить медикаментозное лечение, но с другими лекарствами, чтобы свести к минимуму возможность лекарственной устойчивости. CDC издает «Желтую книгу здоровья путешественников», чтобы предоставить информацию о потенциальном риске малярии и других заболеваний в каждой стране (http: // www.cdc.gov/malaria/travel/index.htm)

Социально-экономическая связь малярии

Традиционно считалось, что малярия представляет собой «болезнь бедных» или «болезнь бедности». Прежде всего, это простая корреляция с неадекватным доступом к медицинскому обслуживанию и плохой инфраструктурой общественного здравоохранения (1-3).

Уровни заболеваемости и уязвимость к малярии связаны с низким социально-экономическим статусом. Районы с концентрированным населением людей с низким социально-экономическим статусом обычно не имеют ресурсов для эффективной профилактики и последующего лечения.Например, исследование, проведенное Гваткином и Гийо, показало, что «58% случаев смерти от малярии приходятся на 20% беднейших слоев населения мира, что выше, чем у любой другой болезни, имеющей большое значение для общественного здравоохранения» (1). Вмешательства общественного здравоохранения, направленные на охват районов с людьми с низким социально-экономическим статусом, могут не доходить до их целевого населения. Барат и др. отмечают, что в развивающихся странах бедные «часто живут в самых отдаленных районах и социально или культурно маргинализированы» (2).Следовательно, хотя программы в поддержку профилактики и лечения малярии иногда доступны, они не охватывают людей, которые в них больше всего нуждаются.

Еще одна причина повышенной уязвимости — более низкий уровень образования, связанный с более низким социально-экономическим статусом. Без знания угрозы малярии профилактические меры, возможные варианты лечения и недиагностированная и / или нелеченная инфекция могут сохраняться »(3). Лица с более низким социально-экономическим статусом также могут с меньшей вероятностью обратиться за лечением из-за убежденности в том, что они не имеют права на лечение, либо из-за наличия или стоимости вариантов лечения.Удаленность от служб здравоохранения и стоимость потерянного рабочего времени также могут удерживать людей с низким социально-экономическим статусом от обращения за лечением (2).

Список литературы

1. Уорролл, Э., Басу, С. и Хэнсон, К. (2005 г.) «Является ли малярия болезнью бедности? Обзор литературы », Tropical Med и Intl Health 10 : 1047-1059.
2. Барат, Л.М., Палмер, Н., Басу, С., Уорролл, Э., Хэнсон, К. и А. Миллс (2004). Достигнуты ли вмешательства по борьбе с малярией на бедных? Взгляд через призму справедливости », Amer J Tropical Med Hygeine 71 (Приложение 2): 174–178.
3. Worrall, E., Basu, S., and Hanson, K. (2003) «Взаимосвязь между социально-экономическим статусом и малярией: обзор литературы» SES and Malaria 1-46, доступ по адресу http: / /siteresources.worldbank.org/INTMALARIA/Resources/SESMalariaBackgroundPaper.pdf

Список литературы

Gardner, Malcolm J. et al. Последовательность генома малярийного паразита человека Plasmodium falciparum . Nature (419) 03 октября 2002 г. 498-511.

Малярия Введение.Институт медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл.

Малярия. Паразиты и здоровье. Центры по контролю и профилактике заболеваний.

Плазмодий

виды Паразиты и паразитологические ресурсы. Колледж биологической медицины, Государственный университет Огайо.

Смит, Джеймс. Малярия. Мир паразитов. Университет Макгилла.

Уайзер, Марк Ф. Plasmodium Виды, заражающие людей. Тулейнский университет. Последнее обновление 18 мая 2004 г.

Апикопласт Органелла | Изучите науку в Scitable

Egea, N. & Lang-Unnasch, N. Филогения большой внехромосомной ДНК организмов в типе Apicomplexa. Журнал эукариотической микробиологии 42, 679–684 (1995). DOI: 10.1111 / j.1550-7408.1995.tb01615.x

Фейгин, Дж. Э., Гарднер, М. Дж., и др. . Предполагаемый митохондриальный геном Plasmodium falciparum . Журнал эукариотической микробиологии 38, 243–245 (1991).DOI: 10.1111 / j.1550-7408.1991.tb04436.x

Гарднер, М. Дж., Фейгин, Дж. Э., и др. . Организация и экспрессия генов малых субъединиц рибосомной РНК, кодируемых кольцевой ДНК из 35 килобаз в Plasmodium falciparum . Molecular and Biochemical Parasitology 48, 77–88 (1991b). DOI: 10.1016 / 0166-6851 (91) –4

Гарднер, М. Дж., Уильямсон, Д. Х., и др. . Кольцевая ДНК малярийных паразитов кодирует РНК-полимеразу, как у прокариот и хлоропластов. Molecular and Biochemical Parasitology 44, 115–23 (1991a). DOI: 10.1016 / 0166-6851 (91) – W

Килинг, П. Дж. Мост через проблемные пластиды. Природа 451, 896–897 (2008). DOI: 10.1038 / 451896a

Kilejan, A. Циркулярная митохондриальная ДНК малярийного паразита птиц Plasmodium lophurae . Biochimica et Biophysica Acta 390, 276–284 (1975). DOI: 10.1016 / 0005-2787 (75) –2

Киледжян, А.Сферические тела. Паразитология сегодня 7, 309; ответ автора 309 (1991).

Köhler, S., Delwiche, C.F., et al. Пластида вероятного происхождения из зеленых водорослей у апикомплексных паразитов. Science 275, 1485–1488 (1997). DOI: 10.1126 / science.275.5305.1485

McFadden, G. I., Reith, M. E., et al. . Пластид у паразитов человека. Nature 381, 482 (1996). DOI: 10.1038 / 381482a0

Ральф, С.А., ван Дурен, Г. Г., и др. . Тропические инфекционные болезни: метаболические карты и функции апикопласта Plasmodium falciparum . Nature Reviews Microbiology 2, 203–16 (2004). DOI: 10.1038 / nrmicro843

Scholtyseck, E. & Piekarski, G. Электронно-микроскопические исследования мерозоитов Eimeria ( Eimeria perforans и E. stidae ) и Toxoplasma gondii . О систематическом положении т.gondii . Zeitschrift für Parasitenkunde 26, 91–115 (1965).

Вайдья, А. Б. и Арасу, П. Тандемно расположенные кластеры генов малярийных паразитов, которые являются высококонсервативными и транскрибируемыми. Molecular and Biochemical Parasitology 22, 249–257 (1987). DOI: 10.1016 / 0166-6851 (87)–9

Вайдья, А. Б., Акелла, Р., и др. . Последовательности, подобные генам двух митохондриальных белков и частей рибосомной РНК в тандемно выстроенной ДНК из 6-ти килобазных пар малярийного паразита. Molecular and Biochemical Parasitology 35, 97–107 (1989). DOI: 10.1016 / 0166-6851 (89)

–6

Уилсон, Р. Дж. М., Фрай, М., и др. . Субклеточное фракционирование двух органелл ДНК малярийных паразитов.