С точки зрения своего конечного (человеческого) хозяина, паразитический плоский червь Schistosoma mansoni имеет ужасный образ жизни. Он вылупляется в кале, испорченном водой, превращается в личинку в теле улитки, а затем прорывается сквозь кожу человека, чтобы поселиться в венах. Когда-то там он превращается в взрослого приятеля и, если он сам, начинает класть яйца. Он может оставаться в организме на протяжении десятилетий.
Новое исследование дает представление о сотовых операциях, которые придают этому плоскому черви его необычайную выносливость. Исследователи из Университета штата Иллинойс впервые продемонстрировали, что S. mansoniharbors взрослые, несексуальные стволовые клетки, которые могут мигрировать в различные части своего тела и пополнять ткани. Их отчет появляется в журнале Nature.
По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно более 230 миллионов человек нуждаются в лечении инфекций шистосомы. Большинство из них живут в обедневших районах с небольшим доступом или без доступа к чистой воде. Инфекция с червем (также известная как кровотечение) может привести к повреждающему воспалению, вызванному наличием яиц червя в человеческих органах и тканях.
«Самка откладывает яйца более или менее непрерывно, по порядку сотен яиц в день», – сказал профессор У. И. и профессор биологии развития и исследовательский институт Ховарда Хьюза. Исследователь Филипп Ньюмарк, возглавлявший исследование с докторантом Джеймсом Дж. Коллинз III.
«Яйца, которые не выделяются в фекалиях, чтобы продолжать жизненный цикл, фактически закладываются внутри тканей хозяина, как правило, в печени, и эти яйца вызывают массивный воспалительный ответ, который приводит к повреждению тканей».
Дети особенно уязвимы к воздействию инфекции, в некоторых случаях испытывают задержки роста и развития мозга в результате хронического воспаления, вызванного паразитами.
Новое исследование началось с понимания, связанного с многолетней работой над другим плоским червям, планиаром, в лаборатории Ньюмарка. Коллинз считал, что шистосомы могут использовать те же самые типы стволовых клеток (называемые неопластами в планианах), которые позволяют планариям регенерировать новые части тела и органы из даже крошечных фрагментов живой ткани.
«Это просто означало, что так как шистосомы, как и планетарии, живут так долго, что у них должен быть сопоставимый тип системы», – сказал Коллинз. «И поскольку эти плоские черви связаны между собой, имело смысл, что у них будут подобные типы клеток. Но этого никогда не было.
В серии экспериментов Коллинз обнаружил, что шистосомы были загружены пролиферирующими клетками, которые выглядели и вели себя как планарные необласты, клетки, которые придают им потрясающую способность к регенерации. Как и необласты, недифференцированные клетки в шистосомах жили в мезенхиме, виде свободной соединительной ткани, которая окружает органы. И, как и необласты, эти клетки продублировали их ДНК и делились на две дочерние клетки, одна из которых снова копировала ДНК, процесс, который обычно предшествует делению клеток.
«Стволовые клетки делают две вещи, – сказал Ньюмарк. «Они делятся, чтобы сделать больше стволовых клеток, и они порождают клетки, которые могут дифференцироваться».
Коллинз маркировал клетки флуоресцентными маркерами. Это позволило ему посмотреть, как они себя ведут. Он отметил, что в течение нескольких дней некоторые из меченых клеток мигрировали в кишечник или мышцы, чтобы стать частью этих тканей.
«Мы маркируем ячейки, когда они рождаются, и тогда мы видим, что они вырастают, чтобы стать», сказал Коллинз. «Это неопровержимое доказательство того, что эти клетки эквивалентны планарным необлам, но это согласуется с гипотезой о том, что они есть».
Исследователи углубились, определяя, какие гены были включены или выключены, вверх или вниз в пролиферирующих клетках по сравнению с не делящимися клетками. Они идентифицировали ген в пролиферирующих клетках, которые кодировали рецептор фактора роста, очень похожий на один, обнаруженный в плананах. Когда исследователи отключили способность паразита использовать этот ген (используя метод РНК-интерференции в червях, выращенных в лаборатории), пролиферирующие клетки постепенно вымирали.
«Мы предположили, что эти клетки важны для долговечности паразита», – сказал Коллинз. «Теперь мы можем начать спрашивать, какие гены регулируют эти клетки».
«Мы начали с большого вопроса: как простой паразит выживает в хозяине на протяжении десятилетий?» – сказал Ньюмарк. «Это означает, что у него есть способы восстановления и поддержания его тканей. Это исследование дает нам представление о действительно интересной биологии этих паразитов, а также может открыть новые двери для того, чтобы сделать этот жизненный цикл намного короче ».