Цивилизация
О статье, которая опубликована в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и которая посвящена споровикам, «Газете.Ru» рассказал один из ее авторов — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории микробиологии при Институте биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН Денис Тихоненков.
— Зачем изучать споровиков?
— Споровики, или апикомплексы, являются важнейшей группой паразитов, включающей в себя возбудителей малярии и токсоплазмоза. До сих пор в мире не разработаны действенные медицинские препараты против этих паразитов.
От малярии ежегодно умирает от 1,5 млн до 3 млн человек, что в 15 раз больше, чем от СПИДа. Однако эволюционный путь происхождения столь хорошо приспособленных к паразитизму организмов от свободноживущих предков не ясен.
Споровики имеют специфические клеточные органеллы — апикальный комплекс, который обеспечивает проникновение паразита в клетку хозяина и его последующую защиту. Вопрос о происхождении данных органелл представляется чрезвычайно важным.
Кроме того, понимание путей происхождения паразитических споровиков сильно усложняется из-за присутствия в их клетках нефотосинтезирующих пластид апикопластов, от наличия которых паразиты имеют комплексную метаболическую зависимость: в апикопласте вырабатываются ферменты, контролирующие биосинтез изопренов и жирных кислот.
— Как проходили изыскания?
— Под руководством доктора биологических наук Александра Мыльникова на базе ИБВВ РАН нами была разработана и успешно апробирована методика выделения из природных проб и культивирования хищных простейших с применением бактериотрофных жгутиконосцев в качестве пищевого объекта. В разнотипных пресных и морских водоемах нами были обнаружены и выделены в клональные культуры уникальные хищные простейшие — жгутиконосцы колподеллиды, являющиеся по результатам наших исследований ближайшими родственниками споровиков.
При изучении строения их клеток и питания оказалось, что они высасывают клетки своих жертв и, как и паразитические споровики, содержат структуры апикального комплекса. Для исследования ультраструктуры клеток применялась трансмиссионная электронная микроскопия. В настоящее время наша лаборатория в ИБВВ РАН единственная в мире располагает живыми культурами данных протистов.
Мной были проведены молекулярные работы и исследованы геномы колподеллид наряду с ДНК фотосинтетических одноклеточных водорослей хромерид. Основным методом молекулярных исследований явилось высокопроизводительное секвенирование нового поколения на платформе Illumina.
— Что было сделано вами в ходе исследования?
— Впервые в мире нами была предпринята попытка исследования происхождения паразитизма у споровиков посредством изучения геномов их ближайших свободноживущих родственников — фотосинтетических водорослей хромерид и хищных жгутиконосцев колподеллид.
Так, на основании филогеномного анализа нам удалось доказать, что фотосинтетические водоросли хромериды (Chromera и Vitrella) и хищные жгутиконосцы колподеллиды (Colpodella, Voromonas, Alphamonas) образуют единую монофилетическую группу и являются ближайшими родственниками паразитических споровиков.
Данную группу мы выделяем как новый таксон Chrompodellida.
В целом нам удалось доказать, что происхождение и эволюция апикомплексных паразитов первоначально не связаны с приобретением новых структур и компонентов клеток и генома, а скорее связаны с потерей и модификацией таковых, уже имеющихся у их свободноживущих родственников — водорослей хромерид и хищных жгутиконосцев колподеллид. Это так называемое явление преадаптации.
— Какие перспективы у направления, которому посвящена данная работа?
— Молекулярные исследования современных аналогов предковых форм споровиков имеют в том числе медицинское значение. Важно, что структуры апикального комплекса хищных колподеллид и паразитов, обеспечивающие им жизнедеятельность, являются их специфической особенностью.
Именно это и делает эти клеточные органеллы перспективной мишенью для терапевтических препаратов: например, ингибирующих роптрии-ассоциированные протеины.
В ходе исследований транскриптома колподеллид выявлены ассоциированные с апикальным комплексом специфические белки, что приведет к существенному расширению данных, используемых для разработки терапевтических методов и препаратов — в частности, противомалярийных.
Полученные обобщения позволят прояснить нерешенные теоретические вопросы о происхождении пластид паразитических споровиков и других одноклеточных, а также апикальных клеточных органелл инвазии паразитов, что позволит предположить возможные пути возникновения важнейших эволюционных новообразований, таких как фотосинтез и паразитизм.
Дальнейший поиск и изучение древнейших простейших, находящихся в основании ветвей филогенетического древа жизни, позволят прояснить происхождение и раннюю эволюцию и других важных для человека групп одноклеточных, а также некоторых многоклеточных организмов.
— Где проводились изыскания?
Работы проводились на базе Института биологии внутренних вод РАН в поселке Борок и Университета Британской Колумбии в Канаде. Финансирование исследований с российской стороны осуществлялось за счет Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Российского научного фонда (РНФ).