«Мы случайно обнаружили новый способ убить этих паразитов, не нанося вреда человеческому хозяину», – говорит Энди Фрейзер, профессор молекулярной генетики Центра клеточных и биомолекулярных исследований Доннелли при Университете Торонто.
«Эти паразиты представляют собой серьезное бремя для здоровья во всем мире, и по мере того, как их устойчивость к доступным лекарствам продолжает расти, растет необходимость в разработке новых методов лечения», – говорит он.
Работой руководили три аспиранта, Саманта Дель Боррелло, Марго Лаутенс и Кэтлин Долан, и в сотрудничестве с Эми Коди, также профессором молекулярной генетики в Центре Доннелли. Их выводы описаны в исследовании, опубликованном в электронном журнале с открытым доступом eLife.
Команда Фрейзера тестировала свой новый метод выявления того, как лекарства влияют на движение непаразитарной нематоды, Caenorhabditis elegans, которую исследователи по всему миру использовали в качестве заменителя людей. Но случайная находка побудила их использовать этого лабораторного червя в качестве модели для паразитов.
Первым лекарством, которое они попробовали, был цианид, потому что его эффекты хорошо известны, и они хотели убедиться, что новая система работает.
Цианид блокирует дыхание и, как и ожидалось, при добавлении в лабораторную посуду с червями быстро парализует их. Но, к удивлению исследователей, черви не погибли. Они возобновили извивку, как будто ничего не произошло, когда через 24 часа препарат был смыт.
«Наши черви явно делали нечто совершенно иное, чем все, что мы знали о дыхании у других животных», – говорит Дель Боррелло.
Оказалось, что цианид заставил червей переключиться на другую, необычную форму метаболизма, которая вырабатывает энергию без потребности в кислороде. Известно, что этот тип анаэробного метаболизма происходит у паразитических червей, что позволяет им выживать в течение длительного периода времени в безвоздушных условиях кишечника. Вместо кислорода эти паразиты перестраивают свой метаболизм для производства энергии с помощью молекулы, называемой родохинон, или RQ.
Важно то, что люди не делают RQ. Это делает его идеальной мишенью для разработки лекарств, потому что лекарства избирательно убивают паразитов, не касаясь их человеческого хозяина.
Обманув лабораторного червя, заставившего производить энергию как паразит, команда теперь могла применить все генетические и молекулярные инструменты, разработанные для C. elegans, чтобы понять, как устроен RQ. Это остается нерешенным вопросом в области, которая не претерпела большого прогресса с тех пор, как 50 лет назад RQ был впервые обнаружен у паразитических червей, для которых такие инструменты до сих пор не существуют.
Но сначала им потребовались устрицы. Устрицы и другие прибрежные моллюски являются одними из немногих организмов, помимо нематод, которые продуцируют RQ, вероятно, в качестве адаптации к изменению уровня кислорода, вызванному поворотами приливов и отливов. Поскольку RQ коммерчески недоступен, Долан пришлось извлечь его из устриц, которые она купила в магазине, и использовать его для оптимизации прибора масс-спектрометрии, который позже использовался для обнаружения RQ у червей.
Затем началась охота за генами, ответственными за.
Они протестировали около 80 различных штаммов мутантных червей, прежде чем обнаружили, что один из них не может производить молекулу – и, следовательно, не может выжить в цианиде, – что указывает на то, что мутировавший ген необходим для биосинтеза RQ. Ген, названный kynu-1 (произносится как «kai-noo 1»), кодирует фермент, который выполняет раннюю стадию синтеза RQ.
Это открытие перевернуло широко распространенные представления о том, как создается RQ. Самое главное, он также показал им четкие способы попытаться заблокировать синтез RQ с помощью лекарств.
Дель Борелло сейчас тестирует тысячи соединений, чтобы найти кандидатов, убивающих C.elegans, когда он использует RQ, и которые могут быть разработаны в новые препараты против паразитов.
«Замечательно, что мы выяснили, что за этим стоит наука, но что меня больше всего волнует, так это поиск лекарств, нацеленных на RQ-зависимый метаболизм», – говорит она. «Мы еще не достигли переломного момента с точки зрения лекарственной устойчивости, но у нас также нет ничего в разработке, чтобы помочь, когда мы это сделаем."
У них уже есть несколько многообещающих кандидатов, которые затем будут протестированы на животных, таких как мыши и овцы, прежде чем перейти к испытаниям на людях. Но даже если удастся найти лекарство для домашнего скота, это поможет сэкономить в сельскохозяйственной отрасли миллиарды долларов, которые, по оценкам, будут потеряны из-за снижения производительности, вызванного нематодными инфекциями сельскохозяйственных животных.
От тестирования нового оборудования до решения проблемы метаболизма паразитов – ход проекта застал всех врасплох. «Это было совсем не то, что мы ожидали, когда начинали», – говорит Лаутенс, который благодарит всю команду за их успех. «То, что мы смогли внести свой вклад в область, в которой не было большого прогресса за многие годы, является свидетельством того, как усердно все работали над этим с множеством разных точек зрения."