Малярийный плазмодий учится преодолевать защитные свойства гемоглобина S

Международная группа ученых показала, что малярийный плазмодий Plasmodium falciparum с мутантными аллелями в трех локусах генома может преодолевать резистентность, которую обеспечивает человеку присутствие измененной формы гемоглобина HbS.

Малярия — это опасное заболевание, которое в 2020 году привело к смерти 627 тысяч человек, в основном в Африке южнее Сахары. Среди жителей этих регионов распространена мутация в гене гемоглобина Hbb, приводящая к изменению структуры белка (HbS), а впоследствии и формы эритроцитов на серповидную. Наличие такой мутации повышает устойчивость к заражению малярийным плазмодием. Однако, как показывают результаты новой работы, паразит адаптируется к защитному эффекту HbS.

В период с 1995 по 2009 у детей из Гамбии и Кении с тяжелой формой малярии, вызванной P. falciparum, отобрали 5087 образцов. Геномы малярийного плазмодия и человека секвенировали в образцах, подходящих по качеству. После этого проверили полученные данные на наличие ассоциаций между 51 225 вариантами в геноме паразита и вариантами человека, ассоциированными с защитой от малярии.

Анализ выявил связь между аллелем HbS и тремя локусами в геноме плазмодия, которые исследователи обозначили как Pfsa1, Pfsa2 и Pfsa3. Два локуса лежали на хромосоме 2, третий — на хромосоме 11. Знаком «+» обозначали аллели, положительно коррелирующие с HbS, а «-» — отрицательно.

Вариант HbS хуже защищал от заражения плазмодием P. falciparum с аллелями, обозначенными как Pfsa+ (Pfsa1+, Pfsa2+, Pfsa3+). Защитный эффект HbS сохранялся против малярийного плазмодия с аллелями Pfsa1-, Pfsa2- и Pfsa3-.

Все три аллеля Pfsa+ были распространены с одинаковой частотой в Кении. Однако в Гамбии Pfsa2+ встречался реже, чем Pfsa1+ и Pfsa3+. Исследователи обратились к базе данных о геноме малярийного плазмодия MalariaGEN Pf6, составленной на основе образцов со всего мира. Они отметили, что встречаемость мутантных аллелей различалась в пределах Африки и достигала максимума в Демократической Республике Конго. За пределами континента мутантные аллели встречались крайне редко.

Несмотря на то, что локусы расположены на разных хромосомах, для них характерно неравновесное сцепление: Pfsa1+ и Pfsa3+ в популяциях Кении и Гамбии, Pfsa1+ и Pfsa2+ — в Кении. Это наблюдение кажется еще более удивительным, если учесть, что геном малярийного плазмодия подвергается рекомбинации в пищеварительном тракте комара. Ученые предположили, что одной из причин может быть сцепленное наследование и взаимодействие в форме эпистаза.

В заключение исследователи отмечают важность дальнейшего изучения роли локусов Pfsa, так как это поможет больше узнать о защитных механизмах HbS и процессах, происходящих в эритроцитах при заражении малярийным плазмодием. Авторы работы считают, что полученные результаты дают толчок для развития области исследования биологии паразитов.