Самый опасный малярийный паразит, Plasmodium falciparum, является причиной почти полумиллиона смертей ежегодно в Африке и Юго-Восточной Азии. Все большее беспокойство вызывает то, что у этого паразита в настоящее время развивается устойчивость к распространенным противомалярийным препаратам. Срочно необходимо получить лучшее представление о развитии паразита в организме. Теперь команда из нескольких университетов, в которую входит Penn State, взломала код, который может привести к новой защите от смертельного паразита.
Чтобы получить четкое представление о том, как паразит манипулирует своим хозяином – эритроцитом человека, – международная многопрофильная группа ученых-биологов, математиков и инженеров, в том числе Сулин Чжан, доцент кафедры инженерных наук, механики и биомедицинской инженерии в Университете штата Пенсильвания, использовал передовые технологии визуализации в сочетании с эффективным с вычислительной точки зрения крупнозернистым моделированием, чтобы понять, как стадия половой крови паразита трансформирует его собственную структуру, а затем структуру эритроцитов, чтобы скрыться от нормальной защиты организма и позже снова попасть в кровоток. для передачи через укус комара. При таком понимании могут быть возможны методы подавления трансформации клеток крови.
"Как только вы поймете молекулярные механизмы, вам будет легче найти лекарства, нацеленные на них," говорит Чжан, который разработал вычислительные методы, которые группа использовала для понимания замечательных физических преобразований в инфицированных эритроцитах, которые позволяют им избежать удаления в селезенке, а затем подготовить к передаче комару-хозяину.
Здоровые эритроциты могут протискиваться через небольшие щели в селезенке, в то время как поврежденные и стареющие эритроциты не могут отфильтровываться и удаляться из кровотока. Чтобы избежать этой участи, малярийный паразит на половой стадии сначала делает красные кровяные тельца жесткими и прячется в глубоких тканях. Затем, когда он созревает, инфицированные эритроциты становятся гибкими и эластичными, готовыми к тому, чтобы их подхватил комар для передачи болезни. Ученые, занимающиеся малярией, давно задавались вопросом, как добиться этого замечательного преобразования.
Чтобы понять эти изменения, биологи подготовили образцы паразитов на каждой стадии и изучили изменяющуюся микроструктуру с помощью атомно-силовой микроскопии. Это выявило изменения в организации сети крошечных пружиноподобных белков в мембране клеток крови. Когда паразит готов к передаче, он обращает вспять структурные изменения.
Команда, в которую входили профессора Линн Тилли и Мэтью Диксон из Мельбурнского университета и Раджеш Чандрамоханадас из Сингапурского университета технологии и дизайна, затем обратилась к Чжану, который разработал молекулярно точную и эффективную с точки зрения вычислений модель, чтобы объяснить, насколько тонкие изменения в молекулярной структуре пружинных белков эритроцита было достаточно, чтобы сделать клетку жесткой или гибкой.
Об их работе было сообщено в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) 12 апреля в статье под названием "Обратимое ремоделирование клеток-хозяев лежит в основе изменений деформируемости на стадиях половой крови малярийных паразитов."
Команда продолжает использовать модель Чжана для моделирования общих форм и динамики потока инфицированных эритроцитов в кровотоке, обеспечивая дальнейшее понимание исследователей, ищущих способы подавить распространение малярийных паразитов.