Карта митохондрий одноклеточных паразитов открывает новые возможности терапии

Паразиты хранят детали древних митохондрий, давно исчезнувшие у человека. Ученые нашли 33 возможные мишени для новых лекарств и составили митохондриальный портрет первопредка эукариот.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Митохондрии принято называть «энергетическими станциями» клеток. Но, похоже, учебники немного где-то приукрасили, а где-то недооценили их роль. Ученые обнаружили, что у паразитов эти органеллы способны на необычные трюки, но в то же время некоторые их молекулярные механизмы оказались настоящими эволюционными «динозаврами».

Международная команда под руководством исследователя Медицинского института Говарда Хьюза Вамси Мутхи Мутха (Vamsi Mootha) четыре года изучала белковый состав митохондрий пяти паразитических организмов — лямблий (Giardia), акантамеб (Acanthamoeba), трипаносом (Trypanosoma), лейшманий (Leishmania) и бабезий (Babesia). Эти патогены вызывают заболевания, которые ежегодно в совокупности затрагивают почти миллиард человек во всем мире. Без медикаментозного лечения сонная болезнь, болезнь Шагаса, тяжелые формы лейшманиоза и бабезиоза могут привести к инвалидности и летальному исходу.

Основные результаты исследования опубликованы в девяти статьях в журнале Cell. Список ссылок на публикации можно посмотреть здесь.

Митохондриальная перепись населения

Исследователи не стали ограничиваться внешним видом органелл. Они составили каталог содержащихся в них белков. Для этого клетки разрушали, а затем с помощью масс-спектрометрии отслеживали, какие белки проявляют себя аналогично уже известным компонентам митохондрий. Метод позволил обнаружить пептиды, связь которых с митохондриями раньше вообще не была установлена.

Особенно интересным оказался поиск общих механизмов у разных паразитов. Ученые нашли 33 семейства белков, которые встречаются в митохондриях как минимум двух исследованных паразитов, но отсутствуют в человеческих митохондриях. Именно они рассматриваются как потенциальные мишени для будущих лекарств, способных атаковать сразу несколько возбудителей и не причинять ни малейшего вреда пациенту.

Правда, до таблетки из аптеки пока далеко. Исследователи подчеркивают, что найденные мишени находятся на ранней стадии изучения. Ученым предстоит выяснить, насколько безопасно и эффективно можно воздействовать на них в организме человека.

Идея уже имеет практический прецедент. Препарат атоваквон действует на митохондриальный белок малярийного плазмодия. Как ранее писал Hi-Tech Mail, ученые также обнаружили у Plasmodium falciparum необычные железосодержащие кристаллы, которые находятся в постоянном движении и могут участвовать во внутренних процессах паразита.

Человеческие митохондрии далеки от идеала

Самая любопытная часть работы связана с эволюцией. Ученые обнаружили, что некоторые паразиты сохранили древние механизмы, которые человеческие митохондрии за миллиарды лет успели потерять.

Например, митохондрии лямблии полностью лишились собственной ДНК. При этом органелла состоит всего из 59 белков, причем функции более половины из них до сих пор неизвестны.

У акантамебы (возбудителя амебного кератита, который без лечения приводит к необратимой слепоте) картина еще интереснее. Ее митохондрии используют кислород, как человеческие, но имеют запасной вариант на случай его нехватки. Специальный фермент позволяет им при определенных условиях получать энергию с образованием водорода вместо воды.

Получается биологический «гибридный двигатель»: пока кислорода хватает, работает один режим, а когда становится туго — включается другой.

Исследователи пошли еще дальше и с помощью искусственного интеллекта спрогнозировали митохондриальные протеомы почти 200 эукариотических организмов. Это позволило проследить, как митохондрии приобретали и теряли различные функции.

В результате авторы реконструировали предполагаемый облик митохондрии последнего общего предка всех современных эукариот. И он оказался вовсе не примитивным: древняя органелла, судя по компьютерным расчетам, была сложной и могла вырабатывать энергию как при наличии кислорода, так и без него.

Здесь есть еще один любопытный поворот. Современные митохондрии человека — вовсе не эталон.

Именно человеческие митохондрии в некоторых отношениях могут оказаться эволюционным исключением.Вамси Мутхаисследователь

Об уникальной способности малярийного плазмодия избегать иммунитета и лекарств мы рассказали тут.

медицинаБиологияПоделиться