Toxoplasma gondii הוא טפיל האחראי לטוקסופלזמה, זיהום כרוני לכל החיים הנפוץ בכ-30% מאוכלוסיית האדם. זה גורם נזק קטן לאנשים בריאים, אבל יכול לגרום לתוצאות חמורות עבור אנשים עם דחיקה חיסונית. אם מתרחשת זיהום במהלך ההריון, הטפיל יכול לחצות את השליה ולגרום לבעיות רשתית או נוירולוגיות בעובר המתפתח, ואפשר למוות במקרים חמורים.
כרגע אין חיסון נגד טוקסופלזמה זיהום, והמנגנון הביולוגי שבאמצעותו הטפיל משפיע על חילוף החומרים של תאי מארח עדיין לא נחקר.
במחקר חדש שפורסם בכתב העת mBioחוקרי מורגרידג' מתארים כיצד טוקסופלזמה זיהום משנה את חילוף החומרים של התא המארח במהלך ההדבקה באמצעות הכוח של הדמיה מטבולית אופטית (OMI) בפעם הראשונה.
עוזרת המדענית ג'ינה גאלגו-לופז, בוגרת תכנית עמית פוסט-דוקטורט של מורגרידג' והמחברת הראשונה של המחקר, עמדה בראש שיתוף הפעולה הזה בין יועציה השותפים, חוקרת מורגרידג' בהדמיה ביו-רפואית מליסה סקאלה ופרופסור UW-Madison למיקרוביולוגיה רפואית ואימונולוגיה לורה קנול .
מעבדת Knoll מתמקדת בלימודים T. gondii וטפילים קשורים אחרים כגון אנטמבהבעוד שמעבדת Skala מפתחת כלי הדמיה ביו-רפואיים כמו OMI לניטור פעילות סלולרית.
יש לי ניסיון עם טפילים, אבל תחום האופטיקה היה חדש עבורי. רציתי לנסות הדמיה Toxoplasma gondii כדי לראות איך זה משפיע על חילוף החומרים של התא המארח, והאפשרות הטובה ביותר הייתה להשתמש ב-OMI כי זה לא פולשני."
ג'ינה גאלגו-לופז, עוזרת מדענית
הגישה הלא פולשנית חשובה כדי להיות מסוגל לצפות בשינויים בזמן אמת. OMI מאפשר לחוקרים לנטר את חילוף החומרים בתוך תאים חיים על ידי זיהוי פעילות פלורסנט שכבר קיימת בתאים. זה נעשה מבלי לתקן או לצבוע דגימות שבסופו של דבר הורגות את התאים.
במחקר זה, החוקרים צפו בשינויים בביולוגיה של חיזור, שנמדדו לפי הפעילות הכימית של המטבוליטים NAD(P)H ו-FAD. הם גילו שבמהלך זיהום של 48 שעות, תאי מארח נגועים התחמצנו יותר וממוצע החיים של NAD(P)H גדל. תוצאה זו מראה שהטפיל יכול לשנות מהותית את חילוף החומרים של התא המארח.
בנוסף, הם אישרו שינויים מטבוליים ברמות הייצור של גלוקוז, לקטט ו-ROS -; כל הגורמים הקשורים לשינויים בביולוגיה של חיזור בתאים נגועים.
"הטפיל זקוק לאנרגיה כדי להיות מסוגל לשכפל – אנו רואים שהשינויים הללו שונים בהדבקה מוקדמת עם עליית הגלוקוז המופחתת עם הזמן, כמו גם יחס החיזור בהדבקה מאוחרת", אומר Gallego-Lopez. "אז יש לנו תרחיש ממקור ראשון של מה שקורה ברמת ביולוגיה של חיזור בתאים הנגועים ב Toxoplasma gondii."
גאלגו-לופז היה גם סקרן לגבי שינויים מטבוליים הקשורים למנגנון המכונה "נשיקה ויריקה", שבו T. gondii אינטראקציה עם פני השטח של התאים המארח לפני פלישה מלאה.
"ייתכן שתא אחד נגוע בעוד התאים סביבו אינם; זה נראה כאילו הטפיל 'נושק' לתאים האלה ואז מזריק כמה חלבונים -; נשיקה ויורקת", היא אומרת. "להפתעתנו הצלחנו לראות שינויים דומים כמו הזיהום המלא. לכן, זה נראה כאילו די ב'נשיקה' פשוטה מהטפיל כדי לגרום לשינויים בתא המארח".
למרות שעדיין יש הרבה שאלות שצריך לענות עליהן, Gallego-Lopez אומר ש-OMI הוא כלי מושלם לשימוש בתרחיש זה מכיוון שהוא יכול למדוד במדויק שינויים קטנים מאוד. לאחר מתאם נתוני OMI ונתונים מטבולומיים עם ניתוח ביטוי גנים, השלבים הבאים כוללים מחקר נוסף של מטרות גנטיות המעורבות במסלולים אלה.
"אנחנו צריכים לפרט -; איזה גן ספציפי או חלבון ספציפי -; כדי להיות מסוגלים לתכנן מטרות טובות יותר לפיתוח חיסונים או טיפול תרופתי, אבל קודם כל עלינו לדעת את השינויים הקשורים במארח על ידי זיהום", אומר גאלגו-לופז .
בסופו של דבר, גאלגו-לופז מקווה להקים מעבדה משלה כדי להמשיך ולחקור טפילים אפיקומפלקסנים כמו טוקסופלזמה ו קריפטוספורידיוםשהאחרון שבהם קשור לסרטן המעי הגס.
"אני רוצה להבין איך ייתכן שהטפילים האלה גורמים לשינויים אצל המארח כדי שיוכלו לגרום לסרטן עם הזמן", היא אומרת. "אני משתמש טוקסופלזמה כמודל להבנת השינויים כדי שיוכלו ליישם בהמשך קריפטוספורידיום. זו המטרה שלי".
