מיליוני אנשים ברחבי העולם מושפעים ממחלת שינה אפריקאית, מחלת צ'אגאס וזיהומים מסכנים חיים אחרים הנגרמים כתוצאה מטפילים מיקרוסקופיים שנשאו על ידי חרקים כמו זבוב Tsetse.
לכל אחד מהטפילים הבסיסיים עם תאים יחידים – Trypanosoma brucei וקרובי משפחתה – יש דגל אחד, תוספת דמוי שוט החיונית להזיז, להדביק מארחים ולשרוד בסביבות שונות.
כעת, צוות מחקר במכון ננו-מערכות בקליפורניה ב- UCLA, או CNSI, יישם הדמיה אטומית מובילה ומודלים מונעים AI כדי ליצור את מפת התלת מימד המפורטת ביותר עד כה של ה- Flagellum על Trypanosoma Brucei, הגורמת לחולי שינה. המחקר, שפורסם בכתב העת מַדָע, זיהו 154 חלבונים שונים המרכיבים את הדגל, כולל 40 הייחודיים לטפיל.
על ידי לכידת המנועים המולקולריים המניעים את תנועת הטפיל במצב מעבר מפתח, החוקרים פיתחו מודל חדש לאופן בו הם שוחים בדם ורקמות. הממצאים שופכים אור על מנגנון קריטי חיוני להישרדותו של Trypanosoma Brucei, העברה למארחים ולתהליכי מחלות. מבט מפורט זה של דגל הטפיל יכול לעזור להניע את ההתקדמות בטיפול במחלה שהם גורמים.
המחקר שלנו מספק תכנית מולקולרית שלמה של המסגרת המבנית של הדגל, ומסבירה כיצד תנועתו מופעלת ברמה אטומית. על ידי מינוף דוגמנות מבניות מונעות AI, חשפנו חלבונים ספציפיים לטפיל ייחודיים התורמים לארכיטקטורה ולתפקוד הדגל. "
Z. Hong Zhou, מחבר משותף לתאריךפרופסור למיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה מולקולרית במכללת UCLA ומנהל מייסד של מרכז ההדמיה האלקטרוני של CNSI למערכות ננו, או EICN
כיצד מיפוי הטפיל באמצעות הקריאו
טכניקת ההדמיה ששימשה במחקר הייתה מיקרוסקופיה קריוגנית-אלקטרונית, או קריואם, בה נבדקים דגימות ביולוגיות קפואות לאלקטרונים כדי לחשוף פרטים שאי אפשר לתפוס באור גלוי. מפות שנוצרו עם CryoeM קיבלו ניתוח נוסף באמצעות כלי בינה מלאכותית, כמו אלגוריתם לחיזוי צורת חלבון על בסיס חומצות האמינו המרכיבות אותה.
המדענים מצאו שמבנים זעירים דמויי מוטוריים במפלג של המיקרוב יוצרים תנועה על ידי משחק בצורה מתואמת, בדומה לאופן בו חותרים בסירה דרקון מסנכרנים את משיכותיהם כדי לעבור במים.
"טריפנוזומים פיתחו תנועה מיוחדת לשרוד הן בזבוב Tsetse והן בזרם הדם האנושי, מה שהופך את דגלם למאפיין מרכזי בביולוגיה שלהם", אמר הסופר קנט היל, קנט היל, פרופסור ל- UCLA למיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיות מולקולריות וחבר CNSI. "על ידי הבנת האופן בו התכונות המבניות הייחודיות שלהם תורמות לתנועה, אנו מקבלים תובנה לגבי היבטים בסיסיים של התאמת טפיל ואינטראקציות מארחות."
סרט זה מציג מפה תלת מימדית של היחידה המבנית הבסיסית בטפיל טריפנוסומה ברוסיי, עם חלבונים מכניים ומוטוריים שונים המתויגים. (תמונה באדיבות: מכון ננו -מערכות קליפורניה)
השלכות עתידיות פוטנציאליות של השקפת הקריאו המפורטת של הטפיל
מחלת שינה מתבטאת בתחילה כחום, כאבי ראש, כאבי מפרקים וגרד. לאחר שהטפיל מגיע למערכת העצבים המרכזית, המחלה יכולה להתקדם כדי לדרבן תסמינים נוירולוגיים קשים.
המחקר עשוי לספק יעדים פוטנציאליים לטיפולים המבטלים למעשה את הטפיל או לחסום את העברתו לבני אדם, כמו גם לתת רמזים כיצד להתייחס למחלות הנגרמות על ידי חיידקים קשורים אחרים.
מעבר לטיפול רפואי, התובנות לגבי מיקרוב המוערך יכולות להשפיע כמו פרטים על שלבים קודמים באבולוציה ומהנדסים מעוררי השראה ששאלו מהטבע כדי ליידע את העיצובים שלהם.
המחבר הראשון של המחקר הוא שיאן שיא, חוקרת לשעבר של פוסט -דוקטורט ואחרונה קידם את מדען הפרויקטים ב- UCLA. קואוטורים אחרים הם מישל שימוגאווה, הוי וואנג, סמואל ליו, אנג'ליין וויג'ונו, גרסימוס לנגוסיס, אחמד קסם וג'יימס ווהלגל, כולם UCLA.
המחקר נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות והקרן הלאומית למדע, עם איסוף ועיבוד נתונים שבוצעו ב- EICN.
