Генерация паразита-мутатора для открытия резистома у Plasmodium falciparum

Nature Communications, том 14, номер статьи: 3059 (2023) Цитировать эту статью

1631 Доступов

19 Альтметрика

Подробности о метриках

Эволюция лекарственной устойчивости in vitro является мощным подходом для выявления противомалярийных мишеней, однако ключевыми препятствиями на пути выявления устойчивости являются размер инокулята паразита и скорость мутации. Здесь мы стремились увеличить генетическое разнообразие паразитов, чтобы усилить селекцию устойчивости путем редактирования каталитических остатков ДНК-полимеразы δ Plasmodium falciparum. Анализы накопления мутаций показывают увеличение частоты мутаций примерно в 5–8 раз, с увеличением в 13–28 раз в линиях, подвергающихся воздействию лекарств. При заражении спироиндолоновым ингибитором PfATP4 KAE609 высокий уровень устойчивости достигается быстрее и при более низком уровне инокулята, чем у паразитов дикого типа. Отбор также дает мутанты с устойчивостью к «непреодолимому» соединению MMV665794, которые не смогли обеспечить устойчивость к другим штаммам. Мы подтверждаем мутации в ранее не охарактеризованном гене PF3D7_1359900, который мы называем белком устойчивости к хиноксалину (QRP1), как причину устойчивости к MMV665794 и группе аналогов хиноксалина. Расширенный генетический репертуар, доступный этому паразиту-мутатору, может быть использован для открытия резистома P. falciparum.

Открытие противомалярийных препаратов привело к активному поиску новых или улучшенных лекарств для лечения и, в конечном итоге, ликвидации малярии. Текущие передовые комбинированные методы лечения Plasmodium falciparum на основе артемизинина (АКТ) оказались под угрозой из-за появления паразитов, которые менее восприимчивы как к артемизинину, так и к препаратам-партнерам в Юго-Восточной Азии, эпицентре противомалярийной резистентности1,2. Кроме того, резистентность к артемизинину представляет собой угрозу общественному здравоохранению для людей, живущих в эндемичных регионах по всему миру, о чем свидетельствуют недавние сообщения о появлении мутаций kelch13 у изолятов из Руанды и Уганды, которые вызывают снижение чувствительности к артемизинину3,4. Многие многообещающие противомалярийные соединения с хорошей эффективностью и многоступенчатой ​​активностью были обнаружены с помощью скрининга на основе фенотипа цельных клеток5. Однако этот подход представляет трудности для оптимизации свинца из-за отсутствия знаний о молекулярной мишени. Более глубокое понимание цели лекарства, способа действия и механизма устойчивости может привести к разработке более эффективных лекарств, способных противостоять лекарственной устойчивости6,7,8. Кроме того, знание гена-мишени лекарственного средства или гена устойчивости обеспечивает молекулярные маркеры для геномного эпидемиологического надзора на местах с целью мониторинга распространения и сдерживания лекарственной устойчивости9,10.

Эволюция лекарственной устойчивости in vitro с последующим полногеномным анализом стала ключевым подходом к идентификации мишени лекарств, помогая определить способы действия, а также механизмы и склонность к устойчивости11,12,13. Типичный отбор резистентности in vitro проводится с использованием инокулятов паразитов в диапазоне от 105 до 109 паразитов, которые подвергаются воздействию противомалярийного соединения в концентрации, способной убить всех чувствительных к лекарству паразитов8,14,15. Затем рецидивирующих паразитов можно подвергнуть полногеномному секвенированию для идентификации основного гена, ответственного за фенотип устойчивости. Основным препятствием на пути к успеху является пролонгация, а в некоторых случаях полная невозможность отбора устойчивых паразитов, независимо от режима отбора или штаммового фона. Таким образом, этот трудоемкий и трудоемкий процесс может не выявить молекулярную мишень или определенный механизм действия исследуемых соединений. Например, в наборе селекций на устойчивость in vitro, включающем 48 соединений, проведенном Консорциумом по ускорению лечения малярии (MalDA), 23 соединения привели к появлению устойчивых паразитов, устойчивость которых наблюдалась через 15–300 дней16. Соединения, которым не удалось создать устойчивых паразитов после многочисленных попыток и условий, были названы «непреодолимыми»17. Хотя может быть множество возможных причин того, что соединения кажутся «непреодолимыми», их низкая склонность к резистентности является привлекательным качеством с точки зрения открытия противомалярийных лекарств, и поэтому понимание механизма их действия было бы ценным.