Обычный паразит в мозге гораздо более активен, чем мы думали

Люди чаще всего заражаются токсоплазмозом, употребляя в пищу недоваренное мясо или контактируя с зараженной почвой или кошачьими фекалиями. Попав в организм, паразит известен своей способностью уклоняться от обнаружения, образуя микроскопические кисты, прежде всего в мозге и мышечной ткани.

В большинстве случаев инфицированные люди никогда не испытывают заметных симптомов. Несмотря на это, паразит остается в организме на всю жизнь, запечатанный внутри кист, которые могут содержать сотни паразитов. Эти дремлющие формы могут позже снова стать активными, особенно у людей с ослабленной иммунной системой, что иногда приводит к серьезным осложнениям, затрагивающим мозг или глаза. Инфекция во время беременности создает дополнительные риски, поскольку может вызвать серьезные проблемы со здоровьем у развивающихся детей с незрелой иммунной системой.

Кисты не так просты, как считалось раньше

В течение многих лет ученые предполагали, что в каждой кисте обитает один и тот же тип паразита, который остается неактивным до тех пор, пока не проснется. Используя расширенный анализ отдельных клеток, команда Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружила, что это предположение ошибочно. Их исследования показывают, что каждая киста содержит несколько подтипов паразитов, каждый из которых выполняет разные биологические функции.

«Мы обнаружили, что киста — это не просто тихое укрытие, это активный центр различных типов паразитов, ориентированных на выживание, распространение или реактивацию», — сказала Эмма Уилсон, профессор биомедицинских наук Медицинской школы UCR и ведущий автор исследования.

Внутри структуры токсоплазменных кист

Уилсон объяснил, что кисты развиваются постепенно, поскольку иммунная система оказывает давление на паразита. Каждая циста окружена защитной стенкой и наполнена сотнями медленно растущих паразитов, известных как брадизоиты. Хотя кисты микроскопичны, они относительно велики по сравнению с другими внутриклеточными патогенами и достигают 80 микрон в поперечнике. Отдельные брадизоиты имеют длину около пяти микрон.

Эти кисты чаще всего обнаруживаются в нейронах, но они также часто появляются в скелетных и сердечных мышцах. Эта деталь особенно важна, поскольку люди часто заражаются, употребляя в пищу недоваренное мясо, содержащее эти цисты.

Почему кисты важны для болезней и лечения

По словам Уилсона, кисты играют центральную роль как в прогрессировании, так и в передаче заболевания. Однажды сформировавшись, они сопротивляются всем современным методам лечения и сохраняются в организме неопределенно долго. Они также помогают паразиту распространяться между хозяевами.

Когда кисты реактивируются, брадизоиты трансформируются в быстро размножающиеся тахизоиты, которые перемещаются по всему телу. Этот процесс может привести к тяжелым заболеваниям, таким как токсоплазматический энцефалит (неврологическое повреждение) или токсоплазмоз сетчатки (потеря зрения).

Переосмысление жизненного цикла токсоплазмы

«На протяжении десятилетий жизненный цикл токсоплазмы понимался слишком упрощенно, концептуализируя как линейный переход между стадиями тахизоитов и брадизоитов», — сказал Уилсон. «Наше исследование бросает вызов этой модели. Применяя секвенирование одноклеточной РНК к паразитам, выделенным непосредственно из кист in vivo, мы обнаружили неожиданную сложность внутри самой кисты. Вместо однородной популяции кисты содержат по крайней мере пять различных подтипов брадизоитов. Хотя все они классифицируются как брадизоиты, они функционально различны, а определенные подмножества готовы к реактивации и заболеванию».

Преодоление давних исследовательских барьеров

Изучение кист исторически было трудным делом. Они развиваются медленно, глубоко внедрены в такие ткани, как мозг, и не формируются эффективно в стандартных лабораторных культурах. Из-за этих проблем большинство прошлых исследований было сосредоточено на тахизоитах, выращенных in vitro, в результате чего биология брадизоитов, обитающих в цистах, остается практически неизученной.

«Наша работа преодолевает эти ограничения, используя модель мыши, которая точно отражает естественную инфекцию», — сказал Уилсон. «Поскольку мыши являются естественным промежуточным хозяином токсоплазмы, их мозг может содержать тысячи цист. Выделив эти цисты, переварив их ферментативно и проанализировав отдельных паразитов, мы смогли получить представление о хронической инфекции в том виде, в котором она возникает в живых тканях».

Последствия для будущих методов лечения

Уилсон отметил, что, хотя современные лекарства могут контролировать быстрорастущую форму паразита, вызывающего острые заболевания, они не могут уничтожить цисты.

«Выявляя различные подтипы паразитов внутри кист, наше исследование определяет, какие из них с наибольшей вероятностью активируются и нанесут ущерб», — сказала она. «Это помогает объяснить, почему предыдущие усилия по разработке лекарств были неудачными, и предлагает новые, более точные цели для будущих методов лечения».

Сохраняющиеся риски и смещение фокуса

Врожденный токсоплазмоз остается серьезной проблемой, когда заражение происходит впервые во время беременности, поскольку может привести к тяжелым осложнениям для плода. Хотя предшествующий иммунитет обычно защищает плод, в некоторых странах регулярный скрининг недоступен, что подчеркивает проблемы борьбы с широко распространенной, но часто бессимптомной инфекцией.

Несмотря на распространенность токсоплазмоза, ему уделяется гораздо меньше внимания, чем многим другим инфекционным заболеваниям. Уилсон надеется, что результаты помогут изменить ситуацию.

«Наша работа меняет наше представление о кисте токсоплазмы», — сказала она. «Это переосмысливает кисту как центральную контрольную точку жизненного цикла паразита. Это показывает нам, куда направлять новые методы лечения. Если мы действительно хотим лечить токсоплазмоз, то киста — это то место, на котором следует сосредоточиться».

Детали исследования и финансирование

Уилсон проводил исследование вместе с Арзу Улу, Сандипом Шриваставой, Налой Качур, Брэндоном Х. Ле и Майклом Уайтом. Уилсон и Уайт являются соавторами, переписывающими друг друга.

Исследование финансировалось за счет грантов Национального института аллергии и инфекционных заболеваний Национального института здравоохранения. Статья называется «Подтипы брадизоитов управляют перекрестком развития токсоплазмы».