Кишечный паразит Cryptosporidium вызывающий диарейные заболевания, очень хорошо заражает людей. Это главная причина болезней, передающихся через воду в рекреационных водах в Соединенных Штатах. Во всем мире это серьезное заболевание, которое может остановить рост или даже убить младенцев и детей младшего возраста. И люди с ослабленной иммунной системой, такие как ВИЧ / СПИД, также очень восприимчивы. Нет вакцины и нет эффективного лечения.

Удивительно, но штаммы паразитов, которые заражают людей, не так хорошо справляются с заражением мышей. Чтобы изучить болезнь, исследователи должны были полагаться на мышей с дефектной иммунной системой, модель, которая затрудняла понимание того, как вызвать иммунный ответ, который мог бы защитить детей.

Но это должно измениться. Используя встречающиеся в природе виды мышей Cryptosporidium команда под руководством исследователей из Школы ветеринарной медицины Пенна разработала модель инфекции, которая поражает иммунологически нормальных мышей. Они показывают, что у мышей развивается иммунитет к паразиту после заражения, и что живая аттенуированная вакцина обеспечивает защиту животных от него. Их результаты появляются в журнале Cell Host & Microbe .

Теперь у нас есть фантастическая модель мыши, которая отражает болезнь человека. Это мощная лабораторная модель, в которой мы можем вносить изменения по своему желанию и проверять важность различных компонентов иммунного ответа на инфекцию, и это как раз то, что нам нужно для разработки эффективной вакцины ».

Борис Стрипен, биолог, Пенн Вет и старший научный сотрудник

Мыши, которые получили экспериментальную вакцину, которая использовала ослабленную версию паразита, были так же защищены от инфекции, как и те, которые уже перенесли первоначальную инфекцию, обнаружили исследователи. «Мы смогли показать, что мыши были защищены – не стерильным иммунитетом – но очень надежной защитой от болезней, что именно то, что наблюдается у детей», – говорит Адам Сатериале, первый автор доклада и постдокторский исследователь в лаборатории Стрипена.

Стрипен был сосредоточен на развитии науки о Cryptosporidium в течение последних нескольких лет. Одно важное достижение произошло в 2015 году, когда его лаборатория добилась успеха в использовании технологии CRISPR-Cas9 для генетической модификации организма.

В новой работе Стрипен, Сатериале и его коллеги стремились разработать метод для более легкого изучения паразита на мышах, которые устойчивы к двум видам, ответственным за большинство инфекций человека. Взяв другой путь, они искали ДНК Cryptosporidium в экскрементах мышей с ферм и обнаружили один вид, C. tyzzeri в 30 процентах выборок.

«Одним из первых, что мы сделали, была последовательность и аннотирование генома», – говорит Сатериале, обнаруживая, что он является чрезвычайно близким родственником видов, влияющих на человека. «Как только мы узнаем геном, мы сможем не только увидеть, как он меняется по сравнению с этими видами, но мы также можем начать использовать наши генетические инструменты для манипулирования им».

Среди манипуляций, предпринятых исследователями с использованием CRISPR, было введение генов, которые заставляют паразита светиться, используя ген, заимствованный у светлячка, что позволяет им точно, но неинвазивно, отслеживать инфекцию.

В отличие от более искусственных моделей инфекции, в которых использовали мышей с ослабленным иммунитетом, команда под руководством Пенна показала, что C. Tyzzeri мог заразить здоровых мышей, вызывая инфекцию, которая повторяла многие признаки человеческого заболевания.

«Некоторые из основных иммунологических компонентов, которые, как было показано, важны для людей, также были верны для этой модели мыши», – отмечает Стрипен.

В частности, они обнаружили, что Т-клетки и белок интерферон-гамма, который играет ключевую роль в борьбе с различными инфекциями, играют решающую роль в реакции организма на паразита. У мышей, у которых отсутствовал ген интерферона-гамма, и у тех, у кого отсутствовали Т-клетки, были более тяжелые и продолжительные инфекции, чем у нормальных мышей.

«Понимание этих коррелятов иммунитета – как паразит вызывает иммунный ответ и каким механизмом иммунная система затем атакует паразита – являются важными аспектами разработки вакцины», – говорит Стрипен.

Зная, что у детей, которые заражаются Cryptosporidium может развиться устойчивость к последующим инфекциям, исследователи хотели проверить, верно ли то же самое у мышей. После подтверждения того, что это так, их последней попыткой было сделать попытку вакцинировать мышей. Они разоблачили C. tyzzeri спор к излучению, чтобы ослабить их. Мыши, получившие вакцинацию с живыми аттенуированными C. Tyzzeri были защищены от инфекции, хотя мыши, у которых отсутствовали интерферон-гамма или Т-клетки, не были защищены, что еще раз подчеркивает важность этих факторов в развитии иммунитета против Cryptosporidium.

Воодушевленные своими открытиями, исследователи продолжают исследовать пути обеспечения иммунной защиты от Cryptosporidium инфекции и делятся своей моделью с коллегами, чтобы настойчиво проводить вакцинацию или другие методы лечения этой болезни.

«Нам повезло, что мы работаем в ветеринарной школе и в Пенне в целом, когда работаем над этими вопросами», – говорит Стрипен. «Здесь мы можем создать более крупные группы биологов-паразитов и экспертов по изучению иммунных реакций, таких как наш коллега Кристофер Хантер, поэтому мы наращиваем междисциплинарные усилия, которые могут преодолеть трудности работы над этими сложными исследованиями. И, надеюсь, это будет привести к успехам, которые защищают детей. "