Лабораторная эволюция малярийного плазмодия указала на гены устойчивости к препаратам

Лекарственная устойчивость является одной из главных проблем в борьбе с малярией — паразитарным заболеванием, вызываемым простейшими рода Plasmodium. Поскольку крупномасштабное фенотипирование паразитов на предмет устойчивости к лекарствам нецелесообразно, ведется поиск генетических маркеров лекарственной устойчивости. В настоящее время в открытом доступе находятся целые геномные последовательности более 20 тысяч изолятов Plasmodium falciparum — наиболее распространенного и вирулентного возбудителя малярии. Основную проблему данных исследований представляет разграничение функциональных вариаций, которые определяют наблюдаемый фенотип, и мутаций-«пассажиров», которые не приводят к фенотипическим изменениям.

Международная группа исследователей провела комплексный анализ полных геномов 724 клонов P. falciparum, включая 210 клонов, созданных специально для этой работы. На эритроцитарной стадии развития клонов подвергали воздействию одного из 118 низкомолекулярных ингибиторов роста — как выявленных с помощью фенотипического скрининга кандидатных соединений, так и зарегистрированных противомалярийных препаратов.

P. falciparum относительно быстро развивает устойчивость к лекарственным препаратам. Так, анализ африканских изолятов, предположительно обладающих множественной лекарственной устойчивостью, показал, что область на 12 хромосоме, включающая транскрипционные факторы pfap2-g и ap2-12, подвергается действию отбора. Паразиты, устойчивые in vitro к артемизинину, имели мутации в факторе транскрипции семейства AP2 на 4 и 14. Мутации в AP2 были обнаружены и у паразитов, подвергнутых воздействию соединения GNF179 — аналога противомалярийного препарата ганаплацида, который сейчас проходит клинические испытания. Помимо этого, мутации в 5′-нетранслируемой области этого гена были обнаружены у паразитов, подвергнутых воздействию атовакуона или экспериментальных соединений AN13762 и MMV024038. Известно, что мутации факторов транскрипции играют важную роль в лекарственной устойчивости у других видов микроорганизмов (например, у S. сerevisiae). Вполне вероятно, что регуляция транскрипции может играть важную роль в адаптации к стрессу у P. falciparum. Также полученные данные говорят о тесной связи механизмов резистентности к противомалярийным препаратам. В частности, авторы сделали вывод, что эволюция устойчивости к соединениям in vitro обычно закрепляет небольшое количество мутаций в ходе отбора.

В целом исследователи выявили 5560 однонуклеотидных замен и инделов. Каждый клон содержал в среднем 7,65 мутаций, которых не было у его родителя. Из них в среднем 1,2 были миссенс-мутациями в регионах ядра. Авторы предположили, что большинство этих мутаций, скорее всего, не обеспечивают устойчивости к соединениям, а являются нейтральными или улучшают приспособленность в культуре in vitro. Кроме того, было установлено, что мутации в некодирующих регионах или в неосновном геноме (субтеломерные и внутренние регионы, состоящие из семейств гипервариабельных генов, таких как var, rifin и stevor) редко способствуют появлению резистентности.

Выяснение генетических основ устойчивости к противомалярийным препаратам может позволить использовать методы in silico для выявления мутаций, способствующих резистентности. Это необходимо для улучшения геномного мониторинга клинической лекарственной устойчивости и ускорения поиска новых противомалярийных препаратов. Также данное исследование может послужить основой для изучения механизмов резистентности, не связанных с малярией.

Ослабленного плазмодия для вакцинации против малярии могут доставлять в организм укусы комаров