Кишечная палочка помогла ученым остановить размножение паразита, вызывающего у людей малярию. Препарат почти полностью блокировал передачу заразы от больных людей.
Новую вакцину против малярии создали специалисты университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University). Препарат почти полностью подавляет половое размножение малярийного плазмодия. Ученые научили бактерию кишечной палочки производить нужный белок и проверили эффективность вакцины на мышах и бабуинах.
Малярией ежегодно заражаются более 300 млн человек, около 1 млн от нее умирают. Особенно опасна болезнь для детей в африканских странах. Положение осложняется тем, что в последнее время проявились лекарственноустойчивые мутантные формы возбудителя. Попытки создать вакцину от малярии предпринимаются уже давно, но до сих пор не появилось ничего достаточно эффективного и безопасного, говорят авторы новой разработки.
Профессор Нирбхей Кумар (Nirbhay Kumar) и его коллеги из Института изучения малярии (Johns Hopkins Malaria Research Institute) сосредоточили свои усилия на том, чтобы вакцина блокировала передачу возбудителя от человека к комару и тем самым остановила распространение болезни.
Сложная жизнь паразита
Малярийный плазмодий относится к типу простейших. У него сложный жизненный цикл со сменой хозяев, что и позволяет ему успешно существовать и размножаться. В кровь человека паразит попадает в виде клеток-спорозоитов при укусе комара рода Anopheles. Током крови клетки разносятся по телу и внедряются в печень, где размножаются бесполым путем, а затем поселяются в эритроцитах как внутриклеточные паразиты. Паразиты питаются гемоглобином, разрушают одни эритроциты и переселяются в другие. Там же, в эритроцитах, они образуют предшественники половых клеток – женские и мужские гаметоциты.
Для дальнейшего развития паразиту нужно попасть в кишечник комара, что происходит с кровью при укусе. В организме комара половые клетки созревают, оплодотворяются, образуют зиготу, затем ооцисту, которая распадается на спорозоиты, а они вновь попадают в кровь человека через слюнные железы комара. 90% малярии в мире вызывают два вида плазмодия -- P. falciparum и P. Vivax.
Нанести удар по половому размножению паразита, по мнению ученых, эффективный способ остановить передачу и распространение малярии. Для передачи через укус комара необходимо, чтобы в крови зараженного человека присутствовали половые клетки – гаметоциты.
В качестве действующего вещества вакцины ученые выбрали белок Pfs 48/45. Он входит в состав гаметоцитов и играет ключевую роль в созревании мужских половых клеток, обеспечивая их способность к оплодотворению.
Как заставить кишечную палочку делать чужой белок
Биологи поставили задачу получить рекомбинантный белок Pfs 48/45 используя «универсальный инкубатор» -- бактерию кишечной палочки E. coli. Это было проблемой, потому что все предыдущие попытки заставить бактерию синтезировать данный белок оказывались неудачными.
Чтобы научить бактерию это делать, ученые разработали специальную стратегию. Они не просто вставили ген Pfs 48/45 в кишечную палочку, но и провели некую манипуляцию с ее ДНК на уровне кодонов (это сочетание трех нуклеотидов ДНК, кодирующее одну аминокислоту). Цель манипуляции состояла в том, чтобы добиться сходства процесса трансляции (синтез РНК на ДНК) в клетке E. coli и в клетке малярийного плазмодия. В результате биологи добились того, что бактерия успешно синтезировала целую молекулу белка Pfs 48/45, причем, что важно, эта молекула имела правильную трехмерную структуру.
Проверка на мышах и бабуинах
Получив рекомбинантный белок, ученые его очистили и приступили к испытаниям свойств вакцины. Сначала иммунизировали мышей. После первичной иммунизации вакцину ввели мышам еще два раза с интервалом в четыре недели. Через определенное время у мышей брали кровь и измеряли содержание антител – четырех типов иммуноглобулинов. Повышение количества антител уже после первой инъекции указало на то, что вакцина работает.
Плазма иммунизированной мышиной крови была способна узнавать природный белок Pfs 48/45 на поверхности гаметоцитов малярийного плазмодия. При помощи флуоресценции ученые сделали этот процесс видимым и наблюдали на поверхности клеток светящуюся иммунную реакцию – реакцию антитела с белком-антигеном.
Убедившись в том, что вакцина работает на мышах, ученые проверили ее на более высокоорганизованных животных – обезьянах бабуинах. Группу из пяти бабуинов иммунизировали вакциной, повторные инъекции провели через четыре и 12 недель. После каждой инъекции у обезьян брали кровь на анализ. Все кроме одного бабуина продемонстрировали сильный иммунный ответ после первичной иммунизации, а после второй все обезьяны продемонстрировали высокий титр иммуноглобулинов.
Коктейль для комаров
Насколько вакцина подавляет половое размножение паразита, исследователи проверили с помощью живых комаров рода Anopheles. Иммунизированную кровь мышей и бабуинов смешали с культурой малярийного плазмодия на стадии образования гаметоцитов. Комарам предложили отведать эту кровь, а через 9-10 дней исследовали состояние паразитов в комариной ткани. В контроле комары пили неиммунизированную кровь с плазмодием.
Таким путем выяснилось, что первичная иммунизация снижает количество ооцитов в ткани комара с эффективностью 93%, а последующая иммунизация – 97% (то есть у комаров насчитали всего лишь 3% ооцитов против 100% в контрольной группе). Это означает почти полную блокаду передачи.
Теперь, говорят авторы, надо доработать вакцину, чтобы ее можно было испытать на людях.
Статья опубликована в открытом доступе в журнале PLoS ONE
