תעתיק מרחבי חושפת את סודות שלב הכבד של המלריה

כדי שטפיל המלריה יגיע לדם המארח האנושי שלו, עליו להיכנס תחילה לכבד, שם רק מספר קטן של טפילים מתבדלים ומשתכפלים במשך למעלה משבעה ימים, מה שהופך אותו לצוואר בקבוק במחזור החיים של הטפיל. צוואר בקבוק זה הופך את שלב הכבד למטרה אופטימלית לחיסונים יעילים ועמידים נגד המחלה. באמצעות שימוש ב-Spatial Transcriptomics וטכנולוגיות רצף RNA חד-תאיים, חוקרים מאוניברסיטת שטוקהולם הצליחו לראשונה ליצור מפה מרחבית-זמנית של זיהום במלריה בכבד העכבר. מחקר שפורסם לאחרונה ב-Nature Communications.

"לאפשרות לזהות את המיקום המדויק של גנים המבוטאים בצורה דיפרנציאלית על פני חלקי רקמת כבד בתגובה לזיהום טפיל יש פוטנציאל גדול להניע את מחקר המלריה קדימה. היא מספקת פלטפורמה חדשה לגמרי לחקור אינטראקציות מארח-פתוגן בהקשר הרקמה האמיתי. זה יכול בסופו של דבר לעזור לחוקרים לזהות יעדים חדשים לפיתוח תרופות ואסטרטגיות חיסונים למלריה, אבל גם למגוון רחב יותר של פתוגנים שמדביקים רקמות אנושיות", אומר יוהאן אנקרקלב, פרופסור חבר במחלקה למדעי הביו המולקולריים, מכון ונר גרן (MBW) , ואחראי על המחקר.

המחקר, המבוסס במחלקה לביו-מדעים מולקולריים, מכון ונר-גרן (MBW), באוניברסיטת שטוקהולם, בוצע בשיתוף עם קבוצות המחקר של פרופסור יואקים לונדברג, המכון המלכותי לטכנולוגיה (KTH) בשטוקהולם, פרופסור חבר אמה ר. אנדרסון, מכון קרולינסקה בשטוקהולם, פרופסור חבר ג'ואל וגה-רודריגז, המכון הלאומי לבריאות (NIH) במרילנד, ארה"ב ופרופסור שרלוט סקוט ב-VIB בגנט, בלגיה.

השילוב של טכנולוגיית Transcriptomics Spatial, שפותחה במקור בקבוצתו של פרופסור לונדברג ב-KTH ב-SciLifeLab, ורצף RNA חד-תא, אפשרו לחוקרים לשרטט את ביטוי הגנים הגלובלי של המארח והטפיל על פני רקמות כבד עכברים נגועים ב-Plasmodium berghei. , בפעם הראשונה. השיטה Spatial Transcriptomics מאפשרת ראשית לחוקרים ליצור תמונה של קטע רקמה שלם, ושנית, באמצעות מערך של אלפי נקודות, שכולן מכילות מיליוני בדיקות ברקוד, ניתן ללכוד את ביטוי הגנים העולמי של אזורים קטנים בקנה מידה מיקרומטר. על פני כל קטע הרקמה ובסופו של דבר לקשר את פרופיל הביטוי בחזרה למיקומים ספציפיים בנתוני ההדמיה. יתר על כן, מיזוג הנתונים של תא בודד ברזולוציה גבוהה עם הנתונים המרחביים, מאפשר דה-קונבולוציה של סוגי תאים ספציפיים בכתמי הרקמה.

עובדות על מלריה

המלריה נותרה אחת המחלות הקטלניות בעולם, עם מוערך של 230 מיליון זיהומים ולמעלה מ-600,000 מקרי מוות מדי שנה, בעיקר בילדים צעירים. התסמינים מתרחשים רק לאחר שהטפיל הגורם למלריה, Plasmodium spp, משתכפל בדם. אולם לפני שהטפילים מגיעים לשלב הדם הסימפטומי, הם עוברים תחילה שלב התפתחותי חובה ושקט קליני בכבד. כל טפיל בודד שנכנס לכבד מוליד עשרות אלפי טפילים, אשר בסופו של דבר משתחררים לזרם הדם. שם, הם מדביקים במיוחד את תאי הדם האדומים ומשתכפלים למיליארדים.

שלב הכבד של מלריה – מטרה מבטיחה

שלב הכבד החיוני מייצג צוואר בקבוק מרכזי במחזור החיים של הטפיל שכן רק מעט מאוד טפילים מגיעים לאיבר ומתפתחים בהצלחה. לכן, שלב זה של מחזור החיים נחשב ליעד אופטימלי ליצירת חיסונים יעילים ועמידים נגד מלריה. מטרה זו עדיין לא מושגת למרות השחרור פורץ הדרך והאחרון של שני מועמדים לחיסון, שלמרבה הצער הראו יעילות נמוכה והיעדר הגנה ארוכת טווח.

בהשוואה לשלב הדם הסימפטומטי, שלב הכבד של מחזור החיים של המלריה אינו נחקר מאוד, ופיתוח חיסון יעיל מעוכב על ידי חוסר הידע הנוכחי. יצירת מפה מרחבית של זיהום בכבד פלסמודיום בהקשר הרקמה האמיתי היא התקדמות גדולה בטיפול בפער הידע הזה."

יוהאן אנקרקלב, פרופסור חבר, המחלקה לביו-מדעים מולקולרית, מכון ונר גרן

ידע חדש וחשוב לקהילת ביולוגיית הזיהום

החוקרים גילו שהטפיל גורם לשינויים בביטוי הגנים של תאי מארח בקרבתו, באופן תלוי זמן. במהלך זיהום בשלב מוקדם של הכבד, הם מוצאים תוכניות גנים פרו-דלקתיות במיקומי רקמות בקרבת עמדות טפילים. לעומת זאת, בשלבים המאוחרים של זיהום בכבד הם מוצאים תוכניות גנים הקשורות לתגובות חיסוניות מוחלשות בשכונות טפילים. במקום זאת, הם גילו שיפור ויסות של תוכניות גנים הקשורות למטבוליזם של חומצות שומן על פני תאי מארח בקרבת טפילים בנקודת הזמן המאוחרת. חומצות שומן חיוניות במהלך שכפול הטפיל המסיבי המתרחש בסוף שלב הכבד וכמו כן, דווח כי הן מעורבות בתגובות אנטי דלקתיות.

• לכן, החוקרים מציעים שהטפיל פוגע בשתי ציפורים במכה אחת, מכיוון שהוא ככל הנראה מתחמק מתגובות חיסון של המארח ומספק לעצמו רכיבים תזונתיים חיוניים על ידי חטיפת הוויסות של שעתוק התא המארח של גנים המקודדים לחילוף החומרים של חומצות שומן.

• יתרה מכך, הם מוצאים שתגובות חיסוניות כוללות על פני רקמות כבד בעכברי בקרה לא נגועים, המוזרקים בליזאט של בלוטות רוק של יתושים (שם שוכנים טפילי פלסמודיום לפני הזרקה לעור של מארח בעל חוליות) מווסתות גם כן, אך מציגות עיכוב משמעותי של יותר מ-12 שעות, מה שמספק השלכות חשובות על עיצוב מחקר עתידי של מחקרים דומים.

• קבוצת המחקר גילתה גם מרכיבים מרחביים חדשים בהקשר של זיהום, המאופיינים בצפיפות תאים גבוהה ומבטאים חתימות של גנים מעודדי דלקת והפעלה חיסונית. הם מכנים מבנים אלה "נקודות חמות דלקתיות", הדומות למבנים שנצפו בעבר בהקשר של זיהומים ויראליים ברקמות, כולל הכבד.

"מחקרים קודמים קבעו שחלק מהטפילים יתפתחו בהצלחה בכבד כדי להגיע לדם בעוד שאחרים ממוקדים בהצלחה על ידי המערכת החיסונית המארחת ומחוסלים. לכן, אנו משערים שמבנים אלה עשויים לייצג עמדות של חיסול מוצלח של טפילים", אומרת פרנציסקה הילדברנדט. , שהוא דוקטורנט קודם ב-AnkarklevLab והמחבר הראשי של המחקר.