Малярийный плазмодий не дает эритроцитам прилипать к стенкам сосудов в сухой сезон

Во многих регионах Африки, эндемичных по малярии, комары-переносчики возбудителя Plasmodium falciparum активны только в сезон дождей, который продолжается около шести месяцев. Механизмы, позволяющие паразиту пережидать сухой сезон (c января по май), до сих пор были неясны. Международная группа ученых описала особенности инфекции P. falciparum в сухой сезон и различия профилей генной экспрессии паразитов, выделенных в разные периоды года из крови зараженных индивидов.

Ранее в когортном исследовании, охватившем около 600 жителей Мали, было показано, что большая часть симптоматических случаев малярии приходится на сезон дождей. При этом с частотой 10–20% в сухой сезон наблюдалась субклиническая инфекция P. falciparum. Нагрузка P. falciparum в организме в сухой сезон была значительно ниже. В новой работе ученые сосредоточились на факторах организма хозяина и чертах паразита, которые в комплексе позволяют инфекции персистировать в отсутствие комаров-переносчиков.

Ученые сравнили показатели крови у бессимптомных носителей инфекции и неинфицированных индивидов. Оказалось, что при субклинической малярии не наблюдается повышения биомаркеров воспаления, характерного для клинических случаев. Соотношение иммунных клеток также почти не меняется. При этом уровни антител к антигенам паразита в крови при бессиптомной инфекции были значительно выше, чем при ее отсутствии. Геномный анализ P. falciparum в образцах от бессиптомных и симптоматических пациентов, отобранных в разные периоды года, не выявил разницы в соотношениях клонов в сухой сезон и сезон дождей.

Существенные различия между циркулирующим P. falciparum в сухой сезон и сезон дождей были выявлены при транскриптомном анализе. Авторы провели РНК-секвенирование образцов крови 12 детей с субклинической инфекцией и 12 детей с клинической малярией и выявили апрегуляцию 1 131 генов и даунрегуляцию 476 генов в сухой сезон по сравнению с клиническими случаями в сезон дождей. В частности, в сухой сезон был повышен уровень транскриптов, связанных с глицерофосфолипидным, пуриновым и пиримидиновым метаболическими путями и гликолизом паразита. Биосинтез жирных кислот, наоборот, был менее интенсивный. Кроме того, в сухой сезон наблюдался особый транскриптомный паттерн, связанный с циклом развития паразита внутри эритроцита.

Транскриптомные различия были связаны с особенностями репликации P. falciparum в сезон дождей и в сухой сезон. Наблюдение in vitro за паразитами, выделенными из крови инфицированных индивидов, показало, что в конце сухого сезона циркулирующие формы плазмодия соответствуют более поздним стадиям цикла его развития. Это означает, что либо в это время года цикл репликации занимает меньше стандартных 48 часов, либо инфицированные эритроциты не прикрепляются к стенкам сосудов и дольше циркулируют.

При малярии селезенка выполняет функцию  фильтра, задерживая деформированные зараженные эритроциты. С помощью системы фильтрации, имитирующей межэндотелиальные щели человеческой селезенки, авторы показали, что инфицированные эритроциты, отобранные в конце сухого сезона, легче попадают в селезенку. Далее они построили математическую модель, согласно которой для более эффективной фильтрации инфицированных клеток селезенкой достаточно низкой цитоадгезивной способности паразитов.

В целом это означает, что в сухой сезон низкая способность P. falciparum к адгезии предотвращает прилипание инфицированных эритроцитов к сосудистому эндотелию и обеспечивает их быструю фильтрацию селезенкой. Возможно, именно это свойство обеспечивает низкую нагрузку P. falciparum в организме инфицированных и, как следствие, отсутствие клинических симптомов и иммунной реакции.

Известно, что адгезия инфицированных эритроцитов к сосудистому эндотелию — ключевой фактор развития тяжелой малярии. Авторы считают, что в целом стратегия малярийного плазмодия в сухой сезон направлена на выживание хозяина в отсутствие переносчика, и низкая адгезивная способность инфицированных эритроцитов — главная черта, обеспечивающая субклиническое течение инфекции. Для детального описания молекулярных механизмов низкоадгезивного состояния P. falciparum необходимы исследования единичных инфицированных эритроцитов.