Изучая генетическое разнообразие самого смертоносного малярийного паразита Plasmodium falciparum, исследователи из Европейского института биоинформатики EMBL выявили механизм «копирования-вставки» генов, который увеличивает генетическое разнообразие паразита в ускоренном временном масштабе. Это помогает решить давнюю загадку, почему паразит демонстрирует очаги генетического разнообразия в непримечательном генетическом ландшафте.
Малярия чаще всего передается через укусы самок комаров Anopheles, зараженных P. falciparum. В последнем всемирном докладе о малярии говорится, что в 2022 году по всему миру было зарегистрировано 249 миллионов случаев заболевания малярией и более 600 тысяч смертей. 94% случаев заболевания малярией и 95% смертей приходится на Африку, где повышенному риску подвергаются младенцы, беременные женщины, путешественники и люди с ВИЧ/СПИДом.
Новое исследование, опубликованное в журнале PLOS Biology, дает ключевое представление об эволюционной истории P. falciparum благодаря анализу двух генов, которые кодируют поверхностные белки, критически важные для разрушения иммунитета. Речь идет о генах DBLMSP и DBLMSP2.
Результаты углубляют понимание того, как эволюционировал малярийный паразит, и могут помочь в разработке новых подходов к созданию вакцин, давая надежду на более эффективные методы профилактики заболевания, от которого продолжают страдать миллионы людей по всему миру.
Обычно последовательность генов человека наследуется от его родителей, но в некоторых случаях часть последовательности может копироваться между разными генами на одной молекуле ДНК – это известно как неаллельное преобразование генов. Этот процесс был связан с эволюцией важных семейств генов, включая те, которые участвуют в функционировании иммунной системы человека.
Одно из ключевых открытий данного исследования заключается в том, что генная конверсия происходит между генами DBLMSP и DBLMSP2 и приводит к увеличению генетического разнообразия в поверхностных белках паразита. Поскольку эти белки подвергаются воздействию и взаимодействуют с нашей иммунной системой, они являются потенциальными мишенями для вакцин, и более полное понимание их генетического разнообразия может быть очень ценным для разработки препаратов.
«Открытие генетики «copy-paste» в ДНК малярии показывает влияние недооцененного эволюционного механизма», – говорит Брис Летчер, автор работы. Преобразование генов было потенциально важной стратегией, лежащей в основе способности малярии адаптироваться и процветать в человеческой среде, в том числе обходить иммунную систему человека. Понимание генетической гибкости открывает новые перспективы в отношении сохранения малярии в человеческом организме и ее адаптации к нему.
Любой белок, взаимодействующий с иммунитетом, потенциально может стать мишенью для вакцины. Например, препараты против гриппа и SARS-CoV-2 разрабатываются на основе знаний о том, как эволюционировали их геномы. Однако необычные очаги генетического разнообразия в DBLMSP и DBLMSP2 P. falciparum настолько экстремальны, что существующие алгоритмы картирования генетических вариантов не смогли их охватить, оставив исследователей в неведении относительно значительной части вариаций в этих генах.
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новое биоинформационное программное обеспечение, использующее геномные графы, и проанализировали широкую выборку паразитов из 29 стран. Новый подход позволил выявить широкий спектр ранее скрытых вариантов, и с их помощью удалось продемонстрировать, что произошла множественная конверсия генов.
«Данное исследование позволяет получить полную карту генетического разнообразия двух удивительных генов у P. Falciparum», – говорит Замин Икбал, соавтор работы. «Мы пытаемся понять необычные закономерности уже 10 лет, и наша лучшая гипотеза заключалась в том, что действительно различные «версии» гена сохраняются естественным отбором по неизвестным причинам. Здесь мы показали, что на самом деле этот механизм копирования – преобразование генов – неоднократно создавал эти аномальные различные версии. Эти данные не только улучшают наше понимание биологии малярии, но и будут ценны для исследователей во всем мире, изучающих гены и их взаимодействие с нашей иммунной системой».
[Фото: Karen Arnott/EMBL-EBI]