Маларийният паразит увеличава генетичното си разнообразие чрез копи-пейст

Акценти

 Проучване на екипа от Европейския институт по биоинформатика на Европейската лаборатория за молекулярна биология (EMBL-EBI) представя ключови прозрения за еволюционната история на Plasmodium falciparum – най-смъртоносният малариен паразит при човека. Авторите на изследването анализират гените DBLMSP и DBLMSP2, които кодират повърхностни протеини, критични за избягването на имунитета. Така стигат до откритието, че маларийният паразит успява да създаде генетично разнообразие като използва еволюционната тактика копирам-поставям

Проучването

Най-честото заразяване с малария става от ухапване на женски комари Anopheles, които са заразени с Plasmodium falciparum. За съжаление последният световен доклад, посветен на маларията, показва, че през 2022 г. в света са установени 249 000 000 случая на заболяването. 600 000 души са загубили живота си заради заболяването като 95% от тях са в Африка.

Учените не спират с изследванията си, насочени към търсенето на нови подходи за разработване на ваксини и по-ефективни методи за превенция от болестта, засягаща милиони хора всяка година.

В този смисъл проучването, публикувано в списанието PLOS Biology, е поредната стъпка напред, защото резултатите от него са свързани с еволюционната история на Plasmodium falciparum и задълбочават разбирането затова как се развива маларийният паразит.

Или както обобщава ръководителят на научната група проф. Замин Икбал: „Изследването ни предоставя изчерпателна карта на генетичното разнообразие на двата гена в Plasmodium falciparum. Повече от десетилетие се опитваме да разберем необичайните модели в тези гени. Най-добрата ни хипотеза беше, че различните версии на гена се запазват чрез естествен подбор по неизвестни причини. Тук показахме, че механизмът копиране-конверсия на ген създава многократно тези аномални различни версии на гените.“

Картографиране на скритото генетично разнообразие на маларийните паразити

Всеки протеин, които си взаимодейства с имунната система, представлява потенциална цел за ваксина. За да бъде разработена тя обаче, е нужно да се познава глобалното генетично разнообразие. Примерът, който дават учените, е с ваксините срещу грип и SARS-CoV-2, които са създадени въз основа на знанието за начините, по които са се развили геномите им.

В гените DBLMSP и DBLMSP2 на маларийния паразит има много необичайни горещи точки на генетично разнообразие, които са екстремни в такава степен, че настоящите алгоритми за картографиране на генетични варианти не успяват да ги уловят. Така учените продължават да бъдат в неведение за много голяма част от вариациите на тези гени.

>>>Гана одобри новата ваксината срещу малария R21, създадена от екипа на Оксфордския университет

Екипът открива начин как да се справи с подобно предизвикателство. Учените разработват нов биоинформационен софтуер. Той използва геномни графики и анализира широка извадка от паразити от 29 страни. Благодарение на новия подход бива разкрит широк спектър от скритите преди това варианти. По този начин екипът открива множество събития на генна конверсия. Именно тези нови варианти предоставят ценен ресурс за всички изследователи на маларията.

Геномните графики са много добър метод, който помага да бъдат декодирани сложните генетични пейзажи, които са резултат от взаимодействието между патогени и човешки гостоприемници. Те позволяват на изследователите да видят по-широкия спектър от генетично разнообразие, но и да разберат как патогени като Plasmodium falciparum се развиват и успяват да избегнат имунната защита на човешкото тяло.

Графиките вземат популация от геноми и изграждат препратка, която е наясно с всички генетични вариации във вида, към ансамбъл, разясняват авторите и допълват, че традиционният подход в геномиката, при който се дефинира един референтен геном, а всеки друг се описва като набор от малки разлики от референтния, не работи добре, особено когато геномите се различават твърде много.

Генетика в режим копирай-постави

Всеки индивид наследява от родителите си последователността на гена. Има случаи, при които част от генната последователност може да бъде копирана между различни гени на една и съща ДНК молекула. Процесът е известен като неалелна генна конверсия. Свързан е с еволюцията на важни генни семейства, включително и участващите във функционирането на човешката имунна система.

Изследователите от Европейския институт по биоинформатика установяват, че генната конверсия се извършва между гените DBLMSP и DBLMSP2 на маларийния паразит, а това от своя страна води до повишено генетично разнообразие в повърхностните протеини на паразита. Те взаимодействат с имунната система и са потенциални цели за ваксина от една страна, а от друга по-пълното разбиране на генетичното им разнообразие е много ценно за ваксината.

>>>СЗО одобри ваксината срещу малария за деца R21/Matrix-M

Изследователят от френската Лаборатория по биология и моделиране на клетката Брис Лечър коментира проучването по следния начин: „Откриването на копи-пейст генетиката в ДНК на аларията показва какво е въздействието на един подценяван еволюционен механизъм. Ние оказваме, че генното преобразуване е потенциално важна стратегия, която стои зад пособността на маларията да се адаптира и работи при хората, включително и да избягва мунна им система. Разбирането ни за тази генетична гъвкавост предлага нови перспективи, вързани с устойчивостта на маларията и адаптирането й към човешкия гостоприемник“.

Резултатите

Мистерията, свързана с паразита, има дългогодишна история и е свързана с няколко места в генома на Plasmodium falciparum, където има много повече пикове на мутации. Екипът установява, че двата гена, в които са тези необичайни пикове, са резултат от копирането и поставянето на ДНК от един в друг ген.

Геномните графики дава възможност да бъдат декодирани сложните генетични пейзажи, резултат от взаимодействието между патогени и човешки гостоприемници.

Данните, получени от екипа, подобряват разбирането за биологията на маларията.