«Мне повезло, что я оказался в этой статье», – говорит Дэн Теодореску, доктор медицинских наук, директор онкологического центра Университета Колорадо. "Билл Петри и я были друзьями в течение многих лет – рождественские вечеринки и тому подобное. Когда я был в Вирджинии, случилось так, что мы вместе были в приемной комиссии, и кандидат опаздывал, поэтому мы начали разговаривать."
Его разговор с Уильямом А. Петри младший., Доктор медицины, доктор философии, руководитель отдела инфекционных заболеваний и международного здравоохранения Университета Вирджинии привел к идее применения инновационной методики науки о раке для изучения инфекционных заболеваний. Вместе с первым автором Челси Мари, доктором философии, научным сотрудником лаборатории Петри в Вирджинии, группа решила заставить замолчать гены в человеческих клетках, чтобы выяснить, может ли потеря какого-либо одного гена придать иммунитет паразиту E. histolytica, которая поражает 50 миллионов человек и вызывает от 40 000 до 110 000 смертей от тяжелой диареи во всем мире.
"Челси – бесстрашный экспериментатор.
Она взяла библиотеку клеток, которую Дэн разработал в своей работе с раком мочевого пузыря, а затем последовательно убила их с помощью E. histolytica, – говорит Петри.
В частности, группа использовала технику под названием RNAi для создания библиотеки раковых клеток мочевого пузыря с тысячами независимых, заглушенных генов.
Затем они бросили вызов этим культурам паразитом E. гистолитика.
«Мы постоянно этим занимаемся в исследованиях рака», – говорит Теодореску. "Обычно мы ищем гены, которые, если их замолчать, сделают клетки более восприимчивыми к химиотерапии."
В данном случае аналогом химиотерапии был инфекционный, опасный возбудитель.
"Эта амеба – кассетная бомба – ненасытный убийца.
В глубине души я думала, что паразит уничтожит клетки-хозяева, что бы мы ни делали с их генетикой », – говорит Мари.
Для подавляющего большинства клеток в этом полногеномном скрининге Челси Мари была правильной; E. histolytica уничтожила многие тысячи этих независимых культур клеток. Однако небольшое количество клеток, казалось, сопротивлялось паразиту.
Было ли это случайным шансом на удачное выживание или заглушенные гены каким-то образом обеспечивали иммунитет этим клеткам?? Чтобы выяснить это, Мари выбросила убитые клетки и повторно проверила выжившие клетки; она снова заразила эти выжившие клетки E. гистолитика.
«Это не было случайностью», – говорит Мари. «Мы сделали это более девяти поколений клеток, каждый раз отбирая клетки, которые выжили, а затем повторно применяли паразита. В течение этих поколений отбора мы видели, что культуры становились все более и более обогащенными клетками, лишенными определенных генов."
Используя секвенирование следующего поколения, Мари определила гены, вызывающие устойчивость, и обнаружила, что многие из них участвуют в управлении потоком калия в клетки человека и из них. В частности, идентифицированные гены KCNA3, KCNB2, KCNIP4, KCNJ3 и SLC24A3 участвуют в так называемом транспорте калия.
Последующий эксперимент показал, что новые клетки кишечника, обработанные E. histolytica показал отток калия – поток калия изнутри клетки через клеточную стенку – непосредственно перед гибелью клетки.
«Мы начали видеть довольно четкую линию рассуждений», – говорит Теодореску. "Паразит вызывал отток калия прямо перед смертью клеток, и клетки, которые оказались не в состоянии транспортировать калий, не умирали."
Чтобы убедиться, что отсутствие транспорта калия на самом деле вызывает устойчивость паразита, группа изменила направление своих экспериментов. Мари начала с новых клеток и использовала лекарства, чтобы блокировать их способность транспортировать калий. Блокирование оттока калия создало клетки, устойчивые к E. гистолитика.
"Существует очевидная потребность в новых лекарствах, нацеленных на E. histolytica ", – говорит Петри. "Сейчас существует единственный антибиотик, который работает против этого паразита. Мы знаем, что со временем у паразита разовьется устойчивость к антибиотику, и на этом этапе плана Б нет. Это может быть план Б – нацеливание на человеческие гены, которые позволяют паразиту вызывать болезнь."
Мари продвигается вперед.
Недавно она узнала от наставника в John’s Hopkins, как изолировать стволовые клетки из тканей человека, чтобы вырастить то, что она называет «мини-кишки», для тестирования терапевтических средств, которые могут быть полезны для пациентов. Технологические достижения делают общий метод этого исследования более эффективным, позволяя использовать так называемые библиотеки CRISPR вместо экранов RNAi.
«Это важное открытие с трансляционными последствиями для этой инфекции, вызывающей так много смертей во всем мире, но также доказательство того, что этот научный подход к раку может быть использован для изучения генетических механизмов устойчивости в области инфекционных заболеваний», – говорит Теодореску.
В области инфекционных заболеваний основное внимание уделяется инфекции, борьбе с патогенами и их передаче. Это исследование показывает, что в дополнение к характеристикам паразита, смертность от болезней может быть предотвращена путем изменения характеристик хозяина.