Warszawski Uniwersytet Medyczny/Michał Teperek
Zrozumieć pasożyta
Redaktor: Krystian Lurka
Data: 11.09.2022
Źródło: Warszawski Uniwersytet Medyczny/Anna Sulima-Celińska
| Tagi: | Anna Sulima-Celińska |
– Choć parazyty nadal mają ogromny wpływ na zdrowie ludzi i zwierząt, to wiedza na temat ich biologii i złożoności molekularnych interakcji między żywicielem a pasożytem pozostaje ograniczona. Badania skoncentrowane na cząsteczkach zaangażowanych w interakcję pasożyt – żywiciel mają kluczowe znaczenie poznawcze i praktyczne – pisze dr Anna Sulima-Celińska z WUM.
Tekst dr Anny Sulimy-Celińskiej z Katedry i Zakładu Biologii Ogólnej i Parazytologii WUM:
W ostatnim czasie coraz więcej uwagi zwraca się na mechanizmy immunomodulacyjne wykorzystywane przez pasożyty w celu przetrwania w organizmie żywiciela. Okazuje się, że wiele pasożytów może również wpływać na przebieg i rozwój chorób, w tym także chronić przed tymi o podłożu autoimmunizacyjnym (m.in. nieswoistym zapaleniem jelit, stwardnieniem rozsianym, cukrzycą typu 1, reumatoidalnym zapaleniem stawów) lub łagodzić ich skutki. Dodatkowo coraz szybciej rozwija się gałąź nauki zwana neuroparazytologią, badająca wpływ pasożytów na działanie układu nerwowego zarażonych żywicieli. W tym kierunku również rozpoczęliśmy badania w ścisłej współpracy z Katedrą i Zakładem Farmakologii Doświadczalnej i Klinicznej WUM, kierowaną przez prof. Dagmarę Mirowską-Guzel oraz badaczami z Instytutu Parazytologii PAN.
Hymenolepis diminuta – idealny organizm modelowy w badaniach nad pasożytami
Badania nad pasożytami człowieka są utrudnione m.in. ze względów etycznych, a badania wykonywane w hodowlach komórkowych mają niestety duże ograniczenia. Problem ten można pokonać, wykorzystując organizmy i układy modelowe. W naszych badaniach wykorzystujemy układ tasiemiec szczurzy Hymenolepis diminuta – szczur laboratoryjny. Należy zauważyć, że H. diminuta jest jednym z najważniejszych gatunków modelowych współczesnej parazytologii eksperymentalnej. Naukowcy posługują się nim m.in. w poszukiwaniu nowych leków czy metod diagnostycznych oraz w badaniach procesów biochemicznych, odpowiedzi immunologicznej i pozostałych oddziaływań w układzie pasożyt – żywiciel. Mimo że najczęstszymi żywicielami ostatecznymi H. diminuta są szczury, to może on powodować także zarażenia u ludzi. To między innymi z tego właśnie powodu uważa się go za idealny organizm modelowy w badaniach procesów indukowanych przez pasożyty, które mogą występować także u ludzi.
Do zarażenia H. diminuta dochodzi przez spożycie zarażonych owadów lub zanieczyszczonej żywności zawierających formę inwazyjną – cysticerkoid. W jelicie cienkim żywiciela ostatecznego cysticerkoid przekształca się w formę dorosłą tasiemca i tam pasożytuje. Z reguły zarażenia spowodowane przez H. diminuta przebiegają bezobjawowo, a sam pasożyt nie powoduje dużych zmian patologicznych w jelicie cienkim żywiciela. Jego obecność wpływa jednak na to, co się w jelicie dzieje i pobudza układ immunologiczny żywiciela do działania. W celu uniknięcia odpowiedzi żywiciela zarówno stadium larwalne (cysticerkoid), jak i dorosłe tasiemce produkują szereg białek, które pozwalają na inwazję, immunomodulację i w konsekwencji przeżycie we wrogim środowisku żywiciela. Białka takie mają za zadanie oddziaływać na system odpornościowy żywiciela, modyfikując jego odpowiedź na zarażenie pasożytem, i gwarantują pasożytowi przetrwanie. Okazuje się, że niektóre pasożyty, zmieniając odpowiedź immunologiczną żywiciela, przyczyniają się w ten sposób do łagodzenia niektórych chorób lub wpływają na zachowanie. Stąd tak wiele uwagi poświęca się analizie wpływu białek pasożytniczych na zahamowanie chorób na tle autoimmunizacyjnym i alergii. Liczne immunomodulacyjne właściwości tych białek mogą bowiem prowadzić do zmiany rodzaju wzbudzanej odpowiedzi immunologicznej oraz mają bezpośredni wpływ na polaryzację makrofagów – jednych z pierwszych komórek zaangażowanych w odpowiedź immunologiczną w inwazji pasożytniczej.
Białka rekombinowane kluczem do wyjaśnienia procesu immunomodulacji pasożytniczej
Wcześniejsze badania zespołu Katedry i Zakładu Biologii Ogólnej i Parazytologii, którego jestem członkiem, prowadzone we współpracy z Instytutem Parazytologii PAN, pozwoliły poznać proteom (zestaw białek występujących w komórce), immunoproteom (wszystkie białka o właściwościach immunoreaktywnych w danej komórce) i surfaceom (zestaw białek powierzchniowych) H. diminuta. Na tej podstawie można było wytypować potencjalne białka – zmieniające odpowiedź immunologiczną, w tym białka wielofunkcyjne (moonlighting proteins). Białka wielofunkcyjne to np. konserwatywne enzymy, które na drodze ewolucji nabyły dodatkową funkcję. Przykładem takich białek u pasożytów są na przykład te o właściwościach immunomodulacyjnych. Jak się przypuszcza, u tasiemców mogą one odgrywać istotną rolę w komunikacji z organizmem żywiciela, ale ich rola nie została jeszcze poznana.
Z przeprowadzonych przez nas badań wiemy, że na powierzchni H. diminuta obecne są białka wielofunkcyjne – w tym enzymy – o przypuszczalnych właściwościach immunomodulujących. Stałe uwalnianie tych immunomodulatorów przez pasożyta zmienia i modyfikuje działanie układu immunologicznego żywiciela. Jednak zarówno mechanizm tego procesu, jak i dokładne działanie poszczególnych białek są niemal nieznane. Dlatego też celem kierowanego przeze mnie projektu było sklonowanie, ekspresja i charakterystyka wybranych enzymów o potencjale immunomodulującym: kinazy fosfoglicerynianowej i kinazy pirogronianowej wchodzących w skład immunoproteomu i surfaceomu tasiemca H. diminuta. Zakładanym efektem miało być uzyskanie powyższych białek w formie białek rekombinowanych oraz analiza ich funkcji w celu zidentyfikowania molekuł/y o pożądanych właściwościach antyzapalnych.
Aby zrealizować ten cel, przeprowadziłam następujące eksperymenty:
– klonowanie genów kodujących białka kinazę fosfoglicerynianową i kinazę pirogronianową oraz uzyskanie białek rekombinowanych,
– stymulacja makrofagów otrzymanymi białkami oraz ocena zdolności repolaryzacji makrofagów przez badane białka,
– określenie wpływu spolaryzowanych przez białka makrofagów na rodzaj wzbudzonej odpowiedzi immunologicznej.
Było to możliwe dzięki realizacji wcześniejszego projektu badawczego, prowadzonego wspólnie z Zakładem Genetyki Medycznej, kierowanym przez prof. Rafała Płoskiego, w którym udało nam się poznać genom naszego tasiemca i sekwencje kodujące poszczególne białka.
Przeprowadzone eksperymenty pozwoliły na uzyskanie dwóch rekombinowanych białek wielofunkcyjnych oraz wstępne poznanie ich wpływu na ludzkie makrofagi i rodzaj wzbudzonej odpowiedzi immunologicznej. Jednakże sprawdzenie ich dokładnej funkcji oraz mechanizmów działania wymaga dalszych analiz, co jest obecnie naszym celem.
Jak to zwykle w nauce bywa, przeprowadzone doświadczenia i uzyskane wyniki otwierają wiele nowych ścieżek i są wstępem do kolejnych projektów, w których możliwe będzie wyjaśnienie dokładnej roli poszczególnych białek w interakcjach pasożyt – żywiciel, a także ich roli w procesie inwazji i strategii przetrwania w żywicielu. Aby tego dokonać, prowadzimy dalsze eksperymenty in vitro (badania komórkowe), a następnie planujemy zarażenie zwierząt doświadczalnych, w tym zwierząt z zaindukowanymi modelami chorób człowieka. Jeśli udałoby się potwierdzić immunomodulujący charakter wybranych białek, szczególnie w zwierzęcych modelach chorób autoimmunologicznych, to być może pozwoliłoby to na wykorzystanie tej wiedzy w medycynie, np. do opracowania immunosupresyjnej terapii celowanej w makrofagi. Uzyskane informacje w przyszłości również mogą pomóc w określeniu potencjalnych białek mogących mieć zastosowanie w immunodiagnostyce czy też selekcji nowych docelowych leków.
Materiał w „Menedżerze Zdrowia” opublikowano za zgodą i dzięki uprzejmości Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego – pierwotnie udostępniono go na stronie internetowej: www.wum.edu.pl/node/17310.
W ostatnim czasie coraz więcej uwagi zwraca się na mechanizmy immunomodulacyjne wykorzystywane przez pasożyty w celu przetrwania w organizmie żywiciela. Okazuje się, że wiele pasożytów może również wpływać na przebieg i rozwój chorób, w tym także chronić przed tymi o podłożu autoimmunizacyjnym (m.in. nieswoistym zapaleniem jelit, stwardnieniem rozsianym, cukrzycą typu 1, reumatoidalnym zapaleniem stawów) lub łagodzić ich skutki. Dodatkowo coraz szybciej rozwija się gałąź nauki zwana neuroparazytologią, badająca wpływ pasożytów na działanie układu nerwowego zarażonych żywicieli. W tym kierunku również rozpoczęliśmy badania w ścisłej współpracy z Katedrą i Zakładem Farmakologii Doświadczalnej i Klinicznej WUM, kierowaną przez prof. Dagmarę Mirowską-Guzel oraz badaczami z Instytutu Parazytologii PAN.
Hymenolepis diminuta – idealny organizm modelowy w badaniach nad pasożytami
Badania nad pasożytami człowieka są utrudnione m.in. ze względów etycznych, a badania wykonywane w hodowlach komórkowych mają niestety duże ograniczenia. Problem ten można pokonać, wykorzystując organizmy i układy modelowe. W naszych badaniach wykorzystujemy układ tasiemiec szczurzy Hymenolepis diminuta – szczur laboratoryjny. Należy zauważyć, że H. diminuta jest jednym z najważniejszych gatunków modelowych współczesnej parazytologii eksperymentalnej. Naukowcy posługują się nim m.in. w poszukiwaniu nowych leków czy metod diagnostycznych oraz w badaniach procesów biochemicznych, odpowiedzi immunologicznej i pozostałych oddziaływań w układzie pasożyt – żywiciel. Mimo że najczęstszymi żywicielami ostatecznymi H. diminuta są szczury, to może on powodować także zarażenia u ludzi. To między innymi z tego właśnie powodu uważa się go za idealny organizm modelowy w badaniach procesów indukowanych przez pasożyty, które mogą występować także u ludzi.
Do zarażenia H. diminuta dochodzi przez spożycie zarażonych owadów lub zanieczyszczonej żywności zawierających formę inwazyjną – cysticerkoid. W jelicie cienkim żywiciela ostatecznego cysticerkoid przekształca się w formę dorosłą tasiemca i tam pasożytuje. Z reguły zarażenia spowodowane przez H. diminuta przebiegają bezobjawowo, a sam pasożyt nie powoduje dużych zmian patologicznych w jelicie cienkim żywiciela. Jego obecność wpływa jednak na to, co się w jelicie dzieje i pobudza układ immunologiczny żywiciela do działania. W celu uniknięcia odpowiedzi żywiciela zarówno stadium larwalne (cysticerkoid), jak i dorosłe tasiemce produkują szereg białek, które pozwalają na inwazję, immunomodulację i w konsekwencji przeżycie we wrogim środowisku żywiciela. Białka takie mają za zadanie oddziaływać na system odpornościowy żywiciela, modyfikując jego odpowiedź na zarażenie pasożytem, i gwarantują pasożytowi przetrwanie. Okazuje się, że niektóre pasożyty, zmieniając odpowiedź immunologiczną żywiciela, przyczyniają się w ten sposób do łagodzenia niektórych chorób lub wpływają na zachowanie. Stąd tak wiele uwagi poświęca się analizie wpływu białek pasożytniczych na zahamowanie chorób na tle autoimmunizacyjnym i alergii. Liczne immunomodulacyjne właściwości tych białek mogą bowiem prowadzić do zmiany rodzaju wzbudzanej odpowiedzi immunologicznej oraz mają bezpośredni wpływ na polaryzację makrofagów – jednych z pierwszych komórek zaangażowanych w odpowiedź immunologiczną w inwazji pasożytniczej.
Białka rekombinowane kluczem do wyjaśnienia procesu immunomodulacji pasożytniczej
Wcześniejsze badania zespołu Katedry i Zakładu Biologii Ogólnej i Parazytologii, którego jestem członkiem, prowadzone we współpracy z Instytutem Parazytologii PAN, pozwoliły poznać proteom (zestaw białek występujących w komórce), immunoproteom (wszystkie białka o właściwościach immunoreaktywnych w danej komórce) i surfaceom (zestaw białek powierzchniowych) H. diminuta. Na tej podstawie można było wytypować potencjalne białka – zmieniające odpowiedź immunologiczną, w tym białka wielofunkcyjne (moonlighting proteins). Białka wielofunkcyjne to np. konserwatywne enzymy, które na drodze ewolucji nabyły dodatkową funkcję. Przykładem takich białek u pasożytów są na przykład te o właściwościach immunomodulacyjnych. Jak się przypuszcza, u tasiemców mogą one odgrywać istotną rolę w komunikacji z organizmem żywiciela, ale ich rola nie została jeszcze poznana.
Z przeprowadzonych przez nas badań wiemy, że na powierzchni H. diminuta obecne są białka wielofunkcyjne – w tym enzymy – o przypuszczalnych właściwościach immunomodulujących. Stałe uwalnianie tych immunomodulatorów przez pasożyta zmienia i modyfikuje działanie układu immunologicznego żywiciela. Jednak zarówno mechanizm tego procesu, jak i dokładne działanie poszczególnych białek są niemal nieznane. Dlatego też celem kierowanego przeze mnie projektu było sklonowanie, ekspresja i charakterystyka wybranych enzymów o potencjale immunomodulującym: kinazy fosfoglicerynianowej i kinazy pirogronianowej wchodzących w skład immunoproteomu i surfaceomu tasiemca H. diminuta. Zakładanym efektem miało być uzyskanie powyższych białek w formie białek rekombinowanych oraz analiza ich funkcji w celu zidentyfikowania molekuł/y o pożądanych właściwościach antyzapalnych.
Aby zrealizować ten cel, przeprowadziłam następujące eksperymenty:
– klonowanie genów kodujących białka kinazę fosfoglicerynianową i kinazę pirogronianową oraz uzyskanie białek rekombinowanych,
– stymulacja makrofagów otrzymanymi białkami oraz ocena zdolności repolaryzacji makrofagów przez badane białka,
– określenie wpływu spolaryzowanych przez białka makrofagów na rodzaj wzbudzonej odpowiedzi immunologicznej.
Było to możliwe dzięki realizacji wcześniejszego projektu badawczego, prowadzonego wspólnie z Zakładem Genetyki Medycznej, kierowanym przez prof. Rafała Płoskiego, w którym udało nam się poznać genom naszego tasiemca i sekwencje kodujące poszczególne białka.
Przeprowadzone eksperymenty pozwoliły na uzyskanie dwóch rekombinowanych białek wielofunkcyjnych oraz wstępne poznanie ich wpływu na ludzkie makrofagi i rodzaj wzbudzonej odpowiedzi immunologicznej. Jednakże sprawdzenie ich dokładnej funkcji oraz mechanizmów działania wymaga dalszych analiz, co jest obecnie naszym celem.
Jak to zwykle w nauce bywa, przeprowadzone doświadczenia i uzyskane wyniki otwierają wiele nowych ścieżek i są wstępem do kolejnych projektów, w których możliwe będzie wyjaśnienie dokładnej roli poszczególnych białek w interakcjach pasożyt – żywiciel, a także ich roli w procesie inwazji i strategii przetrwania w żywicielu. Aby tego dokonać, prowadzimy dalsze eksperymenty in vitro (badania komórkowe), a następnie planujemy zarażenie zwierząt doświadczalnych, w tym zwierząt z zaindukowanymi modelami chorób człowieka. Jeśli udałoby się potwierdzić immunomodulujący charakter wybranych białek, szczególnie w zwierzęcych modelach chorób autoimmunologicznych, to być może pozwoliłoby to na wykorzystanie tej wiedzy w medycynie, np. do opracowania immunosupresyjnej terapii celowanej w makrofagi. Uzyskane informacje w przyszłości również mogą pomóc w określeniu potencjalnych białek mogących mieć zastosowanie w immunodiagnostyce czy też selekcji nowych docelowych leków.
Materiał w „Menedżerze Zdrowia” opublikowano za zgodą i dzięki uprzejmości Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego – pierwotnie udostępniono go na stronie internetowej: www.wum.edu.pl/node/17310.
