У малярійних плазмодіїв знайшли власний біологічний годинник

Американські біологи довели, що циклічний перебіг малярії обумовлений наявністю у малярійного плазмодія власних циркадних ритмів, які можна спостерігати навіть у культурі і під час інфекції «асинхронного» господаря. Результати експериментів викладено відразу в двох статтях в (1, 2).

Малярія - важке інфекційне захворювання, яке викликається найпростішим з роду. Збудник потрапляє в кров жертви з укусом певного виду комара, і починає розмножуватися всередині спочатку клітин печінки, а потім в еритроцитах - червоних кров'яних клітинах. Протягом малярії характеризується періодичною лихоманкою, яка відбувається раз на 24, 48 або 72 години. Циклічність хвороби відповідає циклічності розвитку плазмодіїв, які одночасно руйнують еритроцити і виходять назовні.

Раніше вважалося, що цикли розвитку паразита регулюються циркадними ритмами господаря, проте вчені з'ясували, що плазмодії в основному керуються власним біологічним годинником, який, тим не менш, може підлаштовуватися під годинник їхнього господаря. Дві різні дослідницькі групи на двох видах плазмодія простежили за експресією генів паразитів і переконалися в її циклічності незалежно від зовнішніх умов.

Вчені з Південно-західного медичного центру Університету Техасу працювали на мишачій моделі малярії, яка викликається найпростішим, і вивчали транкриптом паразита кожні 3 години протягом трьох 24-годинних циклів. Вони з'ясували, що експресія 60 відсотків генів плазмодія схильна до регулярних коливань в рамках циклу 24 години, які збереглися у мишей зі збитим режимом. У першому випадку інфікованих мишей тримали в темряві, порушивши їх режим сну, а в другому випадку хаотично годували протягом доби, порушивши режим харчування. Виявилося, що ні те, ні інше не впливає на цикл розвитку плазмодія.

Циклічність плазмодія спостерігалася навіть у мутантних мишей з вимкненим геном, у яких з народження був відсутній будь-який режим дня. Проте через 5-7 днів інфекції синхронність циклів паразитів у таких мишей зникла. У мутантних мишах з подовженою до 26 годин добою (тобто їх щоденна життєдіяльність укладалася в 25,7 годин, в той час як у нормальних мишей в 23,7 годин) життєвий цикл плазмодія розтягнувся відповідно господарському. Дослідники зробили висновок, що кожен малярійний плазмодій регулює свій життєвий цикл самостійно, проте здатний сприймати і сигнали з боку організму господаря, які, мабуть, допомагають синхронізувати популяцію паразитів.

Дослідницька група з Університету Дьюка вивчала поведінку чотирьох штамів збудника людської малярії в культурі. Вчені також аналізували склад РНК плазмодіїв з інтервалом о 3 годині протягом 60-70 годин. Вони виявили, що як мінімум 87 відсотків транскриптів плазмодія схильні до циклічних коливань. Потрібно відзначити, що генів, гомологічних основним циркадним регуляторам тварин, у плазмодіїв немає, тим не менш, навіть в культурі їх життєвий цикл склав 48 годин з невеликими варіаціями від штаму до штаму.

Спостереження вчених відповідають існуючій теорії про те, що в складі організму кожна клітина має власний біологічний годинник (циркадні ритми), проте їх цикл не обов'язково становить рівно 24 години. Для підбудови всіх клітинних годинників потрібен «майстер-регулятор», який у ссавців розташований в гіпоталамусі. За відкриття біологічного годинника і механізму роботи в 2017 році була присуджена Нобелівська премія з фізіології та медицини, почитати про це детальніше можна в нашому матеріалі «Хід годинника лише однозвучний».