En grupp forskare som arbetar vid Central Laser Facility (CLF) har gjort ett viktigt genombrott i förståelsen av hur en parasit som kallas Toxoplasma gondii reproducerar sig med sin värd. Parasiten, som orsakar en sjukdom som kallas toxoplasmos, kan infektera nästan alla varmblodiga djur men måste föröka sig hos katter, kan styra sitt värds beteende och tros infektera så mycket som hälften av världens mänskliga befolkning. Arbetet är ett stort steg mot att utveckla ett botemedel.

Om det finns en konstant i naturen är det att rovdjur jagar byten och att dessa byten inte gillar att bli uppätna och därför försöker undvika sina rovdjur om det är möjligt – med andra ord, bytet flyr. Ta musen som exempel: möss befinner sig ganska långt ner i näringskedjan och jagas (och slukas) därför av en veritabel armé av rovdjur – en av dem är den enkla huskatten. Om det finns ett djur som garanterat håller sig borta från alla ställen där en katt kan finnas, eller kan ha funnits, så är det musen.

En ganska stor ledtråd om att det kan finnas en katt i närheten är närvaron av katturin. Så möss är programmerade för att undvika alla ställen där de uppfattar den berusande doften av kattpiss. Men då och då dyker det upp en mus som har förlorat sin rädsla för katter och som i stället för att bli avskräckt av lukten av kattpiss attraheras av den – den söker aktivt upp den och stannar kvar tills katten plötsligt får ett anmärkningsvärt fogligt mellanmål.

Så varför skulle ett djur som i oräkneliga generationer har programmerats att undvika rovdjur plötsligt bryta denna programmering och bjuda upp sig själv som en måltid? Svaret är en encellig mikroskopisk organism som heter Toxoplasma gondii.

T. gondii är inte en bakterie eller ett virus, utan är faktiskt en parasit som är avlägset besläktad med den som orsakar malaria. T. gondii kan leva i nästan alla varmblodiga djur (faktiskt upptäcktes den nyligen i belugavalar i Arktis), men den kan bara föröka sig i katternas matsmältningssystem, vilket innebär att oavsett vilket djur den har infekterat, om det inte är en katt, så vill den hitta sin väg in i en katt.

Parasitens livscykel börjar inuti en katt där den producerar miljontals äggliknande kapslar som kallas oocystor. Dessa släpps ut i värdens avföring, redo att spridas när det ovetande djuret nästa gång går på toaletten. Andra djur kan sedan bli smittade genom att komma i kontakt med avföringen direkt eller, vilket är mer troligt, när oocystorna hamnar i jord eller vatten, där de kan överleva i månader eller år – och ta sig in i näringskedjan och vidare till nästa värddjur. Om nästa värd inte är en katt tar de sig fram genom kroppen tills de hittar en trevlig mysig cell där de skapar ett nytt hem för att slå sig till ro, föröka sig och vänta på att deras värd ska bli uppäten av en katt.

Tokomasoplasma gondii kan ligga i dvala och vänta i åratal, men parasiten har förmågan att vidta mer direkta åtgärder genom att ta sig in i hjärnan hos sin värd och faktiskt förändra dennes beteende. När det gäller små bytesdjur som t.ex. möss kan T. gondii få dem att attraheras av katturin och i vissa fall gå rakt in i käftarna på hungriga kattdjur där parasiten kan påbörja sin livscykel på nytt.

Det tros att T. gondii uppnår sitt tankekontrolltrick genom att bilda cystor i regioner i hjärnan som bearbetar rädsla och beslutsfattande och kan också påverka beteendet genom att öka nivåerna av neurotransmittorn dopamin, som är involverad i belöningsmotiverat beteende och risktagande.

Det är inte bara pälsbeklädda däggdjur och valar som kan få Toxoplasma gondii och sjukdomen som den orsakar, toxoplasmos, utan även människor kan vara bärare. Enligt vissa uppskattningar kan faktiskt så mycket som hälften av alla människor på jorden hysa parasiten, och infektionsfrekvensen är mycket högre i länder med dåliga sanitära förhållanden eller där människor äter mer rått kött (T. gondii gillar att gömma sig i muskelvävnad).

Då parasiten inte kan fullborda sin livscykel hos människor, är vi för det mesta omedvetna om att vi kan vara smittade. Hos friska människor orsakar toxoplasmos en mild influensaliknande sjukdom eller inga symtom alls, men för personer med försvagat immunförsvar kan sjukdomen ibland vara dödlig. T. gondii kan bilda cystor inuti mänskliga hjärnneuroner och hos personer med nedsatt immunförsvar (t.ex. hiv-smittade) kan cystorna växa och föröka sig – vilket orsakar dödlig hjärninflammation, demens och psykos.

Sjukdomen kan inte föras vidare mellan människor, men den kan föras vidare mellan en gravid mamma och det ofödda barnet, vilket gör att det är särskilt farligt att få toxoplasmos under graviditeten. Detta beror på att ett spädbarn under utveckling endast skyddas av moderns antikroppar, men hennes T-celler, som är de mest effektiva vapnen mot bakterier och parasiter, kan inte ta sig över till fostret (om de gjorde det skulle de behandla det som om det vore en stor parasit och angripa det). Utan T-celler som kontrollerar parasiternas spridning kan de föröka sig okontrollerat och orsaka hjärnskador eller till och med missfall.

Det kan också vara så att även de av oss som har ett friskt immunförsvar inte är helt immuna mot T. gondiis inflytande. Det finns vissa bevis för att toxoplasmos kan förändra människors personlighet – öka riskbeteenden och kanske öka risken för att utveckla psykiska störningar som schizofreni, autism och Alzheimers sjukdom.

I dagsläget finns det inget botemedel mot toxoplasmos eftersom man fram till relativt nyligen trodde att sjukdomen, med undantag för ett fåtal fall, var ganska godartad. Nu har dock T. gondii blivit föremål för ganska intensiva undersökningar av parasitologer, biologer och, tack vare dess potentiellt beteendeförändrande egenskaper, av psykiatriker. En av de senaste undersökningarna av parasiten genomfördes nyligen med hjälp av OCTOPUS-anläggningen vid Central Laser Facility (CLF). OCTOPUS (Optics Clustered to Output Unique Solutions) använder laserljus för att fungera som ett superstarkt mikroskop som kan ta bilder av levande biologiskt material på molekylär nivå.

För att ett botemedel ska kunna utvecklas är det viktigt att förstå hur parasiten angriper sina värdceller och hur den replikerar. Det är känt att T. gondii har en rad specialiserade organeller (små strukturer som utför specifika uppgifter i en cell) som kallas mikronem som, när de släpper sitt innehåll, gör det möjligt för parasiten att fästa vid värdcellerna, förflytta sig och sedan invadera dem. Väl inne i cellen delar sig parasiten flera gånger tills de mogna parasiterna är färdigbildade och kan spränga värdcellerna.

Vad man inte förstår är hur parasiten delar sig för att producera en mogen parasit som kan infektera nya värdceller. Den nya forskningen utfördes av dr Javier Periz från University of Glasgow’s Institute of Infection, Immunity and Inflammation, professor Markus Meissner från Ludwig Maximilian University of Munich och dr Lin Wang från STFC:s Central Laser Facility. Studien, som publicerades i tidskriften Nature Communications, inriktade sig på att besvara två viktiga frågor om denna process. För det första, hur parasiten ser till att mikronemorganellerna befinner sig på rätt plats på den mogna parasiten för att säkerställa maximal infektion, och för det andra, vad som händer med dessa organeller efter varje delningsomgång.

Med hjälp av superupplösningsmikroskopiteknik som finns tillgänglig vid CLF kunde teamet spåra mikronemernas placering med några tiotals nanometers noggrannhet under delningsprocessen. De kunde visa att det finns ett nätverk av rörliga spår som parasiten använder för att transportera de proteiner, så kallade adhesiner, som den använder som ett slags lim för att hålla fast vid värdcellen.

De fann också att organellerna produceras i varje delningsomgång och förs vidare från modercellen till dottercellerna. Denna återvinning av organeller innebär att parasiten kan återvinna värdefulla material som behövs för att T. gondii ska kunna föröka sig och bli en mogen infektiös parasit. Detta innebär också att T. gondii, trots att den är en parasit (som per definition utnyttjar andras resurser), kan återvinna sina egna resurser och se till att inget går till spillo för att säkerställa sin överlevnad i den infekterade cellen. Att se en parasit använda sina resurser så effektivt är ett unikt fynd.

Detta genombrott kommer att öppna ett nytt forskningsområde som har potential att utveckla behandlingar som kan avbryta denna process och hindra parasiten från att föröka sig och utvecklas. Att förstå adhesinernas roll innebär att forskarna skulle kunna utveckla molekylära verktyg för att störa nätverket och ”riva upp” och bryta spåren för att stoppa deras transport, hindra parasiten från att fästa vid sina värdceller och på så sätt göra den icke-smittsam.

Om du gillade det här, missa aldrig en nyhet genom att prenumerera på vårt nyhetsbrev FASCINATION:

Prenumerera på Fascination

.