Zespół naukowców pracujących w Central Laser Facility (CLF) dokonał kluczowego przełomu w zrozumieniu, w jaki sposób pasożyt o nazwie Toxoplasma gondii rozmnaża się ze swoim żywicielem. Pasożyt, który wywołuje chorobę zwaną toksoplazmozą, może zainfekować prawie każde ciepłokrwiste zwierzę, ale musi rozmnażać się u kotów, może kontrolować zachowanie swojego żywiciela i uważa się, że może zainfekować aż połowę światowej populacji ludzkiej. Praca jest ważnym krokiem w kierunku opracowania lekarstwa.

Jeśli jest jedna stała w świecie przyrody jest to, że drapieżniki polują na ofiary i że ofiara nie lubi być spożywana i tak będzie dążyć do uniknięcia ich drapieżników, jeśli w ogóle możliwe – innymi słowy, ofiara ucieka. Weźmy na przykład mysz: myszy są dość nisko na łańcuchu pokarmowym i jako takie są polowane (i pożerane) przez istną armię drapieżnych nemeses – jednym z nich jest skromny kot domowy. Jeśli jest jedno zwierzę, które można zagwarantować, że będzie się trzymać z dala od miejsca, w którym kot może być lub mógł być, to jest to mysz.

Jedną dość dużą wskazówką, że w pobliżu może być kot, jest obecność kociego moczu. Myszy są więc tak zaprogramowane, aby unikać każdego miejsca, w którym wyczują intensywny aromat kociego moczu. Ale co jakiś czas pojawia się mysz, która straciła swój strach przed kotami i zamiast być odpychana przez zapach kocich sików, jest do niego przyciągana – aktywnie go poszukuje, a następnie kręci się w pobliżu, aż kot nagle znajdzie się przedstawiony z niezwykle ustępliwą przekąską.

Dlaczego więc zwierzę z niezliczonymi pokoleniami unikania drapieżników zaprogramowanych w nim nagle łamie to programowanie i oferuje się jako posiłek? Odpowiedzią jest jednokomórkowy mikroskopijny organizm o nazwie Toxoplasma gondii.

T. gondii nie jest bakterią ani wirusem, ale w rzeczywistości jest pasożytem daleko spokrewnionym z tym, który powoduje malarię. T. gondii może żyć w prawie każdym ciepłokrwistym zwierzęciu (w rzeczywistości został niedawno wykryty u wielorybów beluga w Arktyce), ale może się rozmnażać tylko w układzie pokarmowym kotów, co oznacza, że niezależnie od tego, jakim zwierzęciem został zarażony, jeśli nie jest to kot, chce znaleźć drogę do kota.

Cykl życiowy pasożyta rozpoczyna się wewnątrz kota, gdzie produkuje miliony jajopodobnych strąków zwanych oocystami. Są one uwalniane do kału gospodarza, gotowe do rozprzestrzenienia się, gdy nieświadome zwierzę pójdzie do toalety. Inne zwierzęta mogą zostać zarażone poprzez bezpośredni kontakt z kałem lub, co bardziej prawdopodobne, gdy oocysty przedostaną się do gleby lub wody, gdzie mogą przetrwać przez miesiące lub lata, przedostając się do łańcucha pokarmowego i trafiając do kolejnego żywiciela. Jeśli następnym żywicielem nie jest kot, oocysty pokonują drogę przez ciało, aż znajdą miłą, przytulną komórkę, w której stworzą nowy dom, w którym się osiedlą, będą się rozmnażać i czekać, aż ich żywiciel zostanie zjedzony przez kota.

Pomimo, że T. gondii może siedzieć uśpiony i czekać przez lata, pasożyt ma zdolność do podejmowania bardziej bezpośrednich działań poprzez torowanie sobie drogi do mózgu żywiciela i faktyczną zmianę jego zachowania. W przypadku małych zwierząt drapieżnych, takich jak myszy, T. gondii może spowodować, że zostaną one przyciągnięte do moczu kota, a w niektórych przypadkach, chodzić prosto do szczęk głodnych kotów, gdzie pasożyt może rozpocząć swój cykl życia po raz kolejny.

Uważa się, że T. gondii osiąga swoją sztuczkę kontroli umysłu poprzez tworzenie cyst w regionach mózgu, które przetwarzają strach i podejmowanie decyzji, a także może wpływać na zachowanie poprzez zwiększenie poziomu neuroprzekaźnika dopaminy, który jest zaangażowany w zachowanie motywowane nagrodą i podejmowanie ryzyka.

To nie tylko ssaki futerkowe i wieloryby, które mogą dostać Toxoplasma gondii i chorobę, którą powoduje, toksoplazmozę – ludzie również mogą być nosicielami. W rzeczywistości, według niektórych szacunków, aż połowa wszystkich ludzi na Ziemi może być nosicielami pasożyta, przy czym wskaźniki zarażenia są znacznie wyższe w krajach, w których warunki sanitarne są słabe lub ludzie jedzą więcej surowego mięsa (T. gondii lubi ukrywać się w tkance mięśniowej).

Ponieważ nie może ona zakończyć swojego cyklu życiowego u ludzi, w większości przypadków nie jesteśmy świadomi, że możemy być zarażeni. U zdrowych ludzi toksoplazmoza powoduje łagodną chorobę grypopodobną lub brak objawów, ale u osób z osłabionym układem odpornościowym choroba ta może być czasami śmiertelna. T. gondii może tworzyć cysty wewnątrz neuronów ludzkiego mózgu, a u osób z obniżoną odpornością (takich jak nosiciele wirusa HIV) cysty mogą rosnąć i replikować się – powodując śmiertelne zapalenie mózgu, demencję i psychozę.

Choroba nie może być przenoszona między ludźmi, ale może być przenoszona między ciężarną matką a nienarodzonym dzieckiem, co sprawia, że zarażenie się toksoplazmozą w czasie ciąży jest szczególnie niebezpieczne. Dzieje się tak, ponieważ rozwijające się niemowlę jest chronione jedynie przez przeciwciała matki, ale jej limfocyty T, które są najskuteczniejszą bronią przeciwko bakteriom i pasożytom, nie mogą przedostać się do płodu (gdyby to zrobiły, potraktowałyby go jak ogromnego pasożyta i zaatakowały). Bez komórek T kontrolujących rozprzestrzenianie się pasożytów mogą one rozmnażać się w sposób niekontrolowany, powodując uszkodzenie mózgu, a nawet poronienie.

Może być również tak, że nawet ci z nas, którzy mają zdrowy układ odpornościowy, nie są całkowicie odporni na wpływ T. gondii. Istnieją pewne dowody na to, że toksoplazmoza może zmieniać osobowość ludzi – zwiększając podejmowanie zachowań ryzykownych i być może zwiększając szansę na rozwój zaburzeń psychicznych, takich jak schizofrenia, autyzm i choroba Alzheimera.

Jak na razie nie ma dostępnego lekarstwa na toksoplazmozę, ponieważ do stosunkowo niedawna uważano, że z wyjątkiem kilku przypadków, choroba ta jest dość łagodna. Obecnie jednak, T. gondii stała się przedmiotem dość intensywnych badań parazytologów, biologów, a także, dzięki potencjalnym właściwościom zmieniającym zachowanie, psychiatrów. Jedno z najnowszych badań nad tym pasożytem zostało niedawno przeprowadzone przy użyciu urządzenia OCTOPUS w Central Laser Facility (CLF). OCTOPUS (Optics Clustered to Output Unique Solutions) wykorzystuje światło laserowe do działania jako super potężny mikroskop zdolny do przechwytywania obrazów żywego materiału biologicznego na poziomie molekularnym.

W celu opracowania lekarstwa ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób pasożyt zaraża komórki gospodarza i jak się replikuje. Wiadomo, że T. gondii posiada serię wyspecjalizowanych organelli (maleńkich struktur, które wykonują specyficzne zadania w komórce) zwanych mikronemami, które, gdy uwolnią swoją zawartość, pozwalają pasożytowi przylgnąć do komórek gospodarza, przemieszczać się, a następnie wniknąć do nich. Po dostaniu się do wnętrza komórki, pasożyt dzieli się wielokrotnie, aż do momentu, gdy dojrzałe pasożyty są w pełni uformowane i zdolne do rozsadzenia komórek gospodarza.

To, czego nie rozumiemy, to w jaki sposób pasożyt dzieli się w celu wyprodukowania dojrzałego pasożyta, który jest zdolny do infekowania nowych komórek gospodarza. Nowe badania zostały przeprowadzone przez dr Javiera Periza z Instytutu Infekcji, Odporności i Zapalenia Uniwersytetu w Glasgow, prof. Markusa Meissnera z Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium oraz dr Lin Wang z Central Laser Facility STFC. Badania, opublikowane w czasopiśmie Nature Communications, koncentrowały się na odpowiedzi na dwa kluczowe pytania dotyczące tego procesu. Po pierwsze, w jaki sposób pasożyt zapewnia, że organelle mikronemów znajdują się we właściwej pozycji na dojrzałym pasożycie, aby zapewnić maksymalną infekcję; a po drugie, co dzieje się z tymi organellami po każdej rundzie podziału.

Używając technik mikroskopii superrozdzielczej dostępnych w CLF, zespół był w stanie śledzić lokalizację mikronemów z dokładnością do kilkudziesięciu nanometrów podczas procesu podziału. Byli w stanie wykazać, że istnieje sieć ruchomych ścieżek, których pasożyt używa do transportu białek, zwanych adhezynami, których używa jako swoistego kleju do przyklejenia się do komórki gospodarza.

Znaleźli również, że organelle są produkowane w każdej rundzie podziału i przekazywane z komórki macierzystej do komórek potomnych. Ten recykling organelli oznacza, że pasożyt jest w stanie odzyskać cenne materiały, które są potrzebne T. gondii do rozmnażania i przekształcenia się w dojrzałego pasożyta infekcyjnego. Oznacza to również, że pomimo bycia pasożytem (który z definicji wykorzystuje zasoby innych), T. gondii jest w stanie przetworzyć swoje własne zasoby i dopilnować, aby nic nie zostało zmarnowane w celu zapewnienia sobie przetrwania wewnątrz zainfekowanej komórki. Zobaczyć pasożyta wykorzystującego swoje zasoby tak skutecznie jest wyjątkowym odkryciem.

Ten przełom otworzy nowy obszar badań, który będzie miał potencjał do opracowania terapii, które mogłyby przerwać ten proces i zapobiec replikacji i rozwojowi pasożyta. Zrozumienie roli adhezyn oznacza, że naukowcy mogliby opracować molekularne narzędzia do zakłócania sieci i „rozrywania” i łamania ścieżek, aby zatrzymać ich transport, zapobiec przyleganiu pasożyta do komórek gospodarza i w ten sposób uczynić go niezakaźnym.

Jeśli podobało Ci się to, nigdy nie przegap historii, subskrybując nasz biuletyn FASCYNACJA:

Subskrybuj Fascynację

.