Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения


М. Никитин
«Происхождение жизни». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Возбудитель малярии приобрел устойчивость к хлорохину благодаря мутации в транспортном белке


Малярийный плазмодий в эритроцитах человека. Фото с сайта www.iayork.com
Малярийный плазмодий в эритроцитах человека. Фото с сайта www.iayork.com

Начиная с 1960-х годов по всему миру распространились штаммы малярийного плазмодия, устойчивые к хлорохину — лекарству, которое прежде было самым эффективным средством против малярии. Устойчивость обеспечивается несколькими мутациями в транспортном белке PfCRT. Австралийские исследователи экспериментально показали, что мутации придали этому белку способность транспортировать хлорохин через клеточную мембрану. В результате лекарство быстро выводится из пищеварительной вакуоли паразита, не вредя его здоровью.

Хлорохин был впервые синтезирован в 1934 году. Благодаря своей высокой эффективности и дешевизне он вскоре стал главным оружием медиков в борьбе с малярией, оттеснив хинин и другие препараты на второй план. Но уже через четверть века, в конце 1950-х годов, почти одновременно в двух точках земного шара — в Колумбии и Таиланде — появились штаммы возбудителя малярии Plasmodium falciparum, устойчивые к хлорохину. В течение последующих 20 лет они распространились из этих двух эпицентров практически по всем территориям, где встречается малярия.

Схема распространения штаммов малярийного плазмодия Plasmodium falciparum, устойчивых к хлорохину. Рис. с сайта static.rnw.nl
Схема распространения штаммов малярийного плазмодия Plasmodium falciparum, устойчивых к хлорохину. Рис. с сайта static.rnw.nl

Генетики установили, что причиной устойчивости являются мутации в одном из генов паразита. Белок, кодируемый этим геном, получил название PfCRT (Plasmodium falciparum Chloroquine Resistance Transporter). Этот белок локализуется в мембране, окружающей пищеварительную вакуоль паразита — пузырек, в котором происходит переваривание гемоглобина. По аминокислотной последовательности белка PfCRT было ясно, что это мембранный белок, выполняющий транспортную функцию, — но какие именно вещества он перекачивает через мембрану, до сих пор не было известно.

У «нормальных», восприимчивых к хлорохину плазмодиев хлорохин проникает в пищеварительную вакуоль путем простой диффузии. Внутри вакуоли pH значительно ниже, чем снаружи. Попав в кислую среду, молекула хлорохина присоединяет к себе дополнительный протон и приобретает положительный заряд. Это лишает ее возможности выйти обратно из вакуоли — молекула оказывается в ловушке. В результате хлорохин накапливается в вакуоли, мешая паразиту переваривать гемоглобин.

У паразитов, устойчивых к хлорохину, лекарство в пищеварительной вакуоли не накапливается. Поскольку устойчивость связана с мутациями в транспортном белке, можно было предположить, что благодаря этим мутациям белок PfCRT приобрел способность откачивать хлорохин из вакуоли. Чтобы проверить это предположение, австралийские ученые ввели ген плазмодия, кодирующий белок PfCRT, в яйцеклетки лягушки и заставили его там работать. Кроме того, они добились, чтобы образующийся белок оказывался не на мембранах вакуолей или каких-то других внутриклеточных структур, а на наружной клеточной мембране (чтобы легче было исследовать функцию белка). Для этого пришлось применить целый ряд хитростей.

Главная сложность состояла в том, что в норме белок PfCRT располагается на мембране вакуоли, а это значит, что в его аминокислотной последовательности, скорее всего, имеются какие-то сигнальные участки, которые указывают клетке, что данный белок нужно доставить именно к мембране вакуоли. Обычно такие сигнальные фрагменты располагаются на одном из двух концов белковой молекулы. Введение в яйцеклетку лягушки исходного, необработанного варианта гена не приводило к появлению белка PfCRT на наружной мембране. По всей видимости, белок в клетке синтезировался, но не попадал на поверхность, а направлялся к каким-то внутриклеточным мембранам. Только после того, как авторы удалили несколько «подозрительных» участков на обоих концах гена (то есть участков, сходных с какими-либо из известных сигнальных последовательностей, управляющих локализацией белков в клетке), им удалось получить лягушачьи яйцеклетки с белком PfCRT, вмонтированным в наружную клеточную мембрану. Таким образом удалось сконструировать удобную систему для изучения свойств белка PfCRT.

Выяснилось, что «мутантный» вариант белка, заимствованный у устойчивого к хлорохину штамма малярийного плазмодия, действительно способен весьма эффективно перекачивать хлорохин через мембрану (в данном случае — из внешней среды в цитоплазму яйцеклетки), если значение pH в окружающей среде примерно такое же, как в пищеварительной вакуоли плазмодия. Тот же белок, взятый у чувствительного к хлорохину плазмодия, этой способностью не обладает.

Таким образом, устойчивость паразитов к хлорохину объясняется тем, что белок PfCRT в результате мутаций приобрел новую функцию. Исходный вариант этого белка, по всей видимости, отвечал за транспорт каких-то других веществ из пищеварительной вакуоли в цитоплазму. Каких именно — это так и осталось неизвестным.

Ранее было показано, что существует не один, а несколько мутантных вариантов белка PfCRT, обеспечивающих устойчивость к хлорохину (авторы обсуждаемой работы экспериментировали с одним из них). У всех этих вариантов имеется только одна общая особенность — замена лизина треонином в позиции 76. Аминокислота, стоящая в этой позиции, входит в состав активного центра, который отвечает за распознавание и связывание транспортируемой молекулы. Лизин, в отличие от треонина, имеет положительный заряд. По-видимому, это мешает положительно заряженному хлорохину присоединиться к белку-транспортеру.

Авторы установили, что если в мутантном белке произвести обратную замену (вместо треонина поставить лизин), белок теряет способность перекачивать хлорохин через мембрану. С другой стороны, если в «нормальном», не обеспечивающем устойчивости к хлорохину белке заменить лизин треонином, он не приобретает этой способности. Таким образом, данная аминокислотная замена является необходимым, но не достаточным условием приобретения новой функции. Чтобы белок начал выкачивать из вакуоли хлорохин, в нем должны произойти еще какие-то мутации. В какой последовательности паразиты приобретали комплекс мутаций, отвечающих за устойчивость к хлорохину, выяснить пока не удалось (как это в принципе может происходить, рассказано в заметке Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне, «Элементы», 12.04.2006).

Изготовленная авторами лабораторная модель — лягушачьи яйцеклетки с белком PfCRT в наружной мембране — может иметь и практическое значение, поскольку она очень удобна для испытания лекарств. Авторам уже удалось выяснить механизм действия некоторых препаратов (в частности, верапамила), которые применяются в комплексе с хлорохином для борьбы с устойчивыми штаммами плазмодия. Как и следовало ожидать, эти препараты подавляют активность мутантного белка PfCRT и не дают ему транспортировать хлорохин через мембрану.

Источник: Rowena E. Martin, Rosa V. Marchetti, Anna I. Cowan, Susan M. Howitt, Stefan Bröer, Kiaran Kirk. Chloroquine Transport via the Malaria Parasite’s Chloroquine Resistance Transporter // Science. 2009. V. 325. P. 1680–1682.

См. также:
1) Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне, «Элементы», 12.04.2006.
2) Насекомые-вредители защищаются от биологического оружия, «Элементы», 08.10.2007.

Александр Марков


Комментировать



Последние новости: ГенетикаМедицинаАлександр Марков

01.12
Иммунный статус макак зависит от социального
28.11
У собак есть эпизодическая память
24.11
Метаморфоз у личинок червя Hydroides elegans запускается бактериями
23.11
Численность и генетическое разнообразие китовых акул измерили по пробам воды
22.11
Фиджийские муравьи сами выращивают для себя жилища
14.11
Ген, работающий в мышцах и костях, у обезьян стал регулировать развитие мозга
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
09.11
Разнообразие пищевого поведения у нематоды Caenorhabditis elegans поддерживается балансирующим отбором
03.11
Змеи потеряли ноги из-за выключения гена Sonic hedgehog
01.11
Предки современных шимпанзе и бонобо неоднократно скрещивались друг с другом

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия