Паразитов хотят научить доставлять терапевтические белки в нейроны

Доставка макромолекул через биологические барьеры, такие как гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), ограничивает их применение in vivo. Toxoplasma gondii, паразит, который естественным образом перемещается из кишечника человека в центральную нервную систему, может доставлять белки в клетки-хозяева. В Nature Microbiology опубликованы результаты эксперимента с использованием T. gondii для доставки множества крупных (>100 кДа) терапевтических белков в нейроны путем трансляционного слияния с токсофилином и GRA16. 

T. gondii, паразит, которым люди могут заразиться от сырого мяса, недоваренных моллюсков, немытых фруктов и овощей, а также от кошачьих экскрементов или загрязненной почвы, эволюционировал и научился преодолевать ГЭБ. Он может заразить клетки мозга и жить в них в течение длительного времени. Авторы нового исследования считают, что научившись снижать риски от заражения T. gondii, можно использовать те эволюционные аспекты T. gondii, которые делают его привлекательным средством доставки белка в мозг.

На самом деле T. gondii относительно безопасен для большинства людей со здоровым иммунитетом. Около четверти здоровых людей во всем мире имеют в крови  антитела, указывающие на то, что они были инфицированы токсокарой. Люди с ослабленной иммунной системой имеют более высокий риск развития тяжелых заболеваний при контакте с T. gondii. Беременные женщины подвергаются риску преждевременных родов и потери беременности. Кроме того, паразит может вызывать различные проблемы у ребенка, включая слепоту, потерю слуха, эпилепсию и желтуху. 

Есть мнение, что, невозможно обезопасить T. gondii, сохранив при этом все те качества, которые позволили бы ему выполнять функцию грузового фургона для лекарств. Возможно, паразит неизбежно разрушает иммунные клетки. Если ученые отключат способность T. gondii убивать клетки и подрывать иммунную систему на пути через ГЭБ, то паразит, никогда не сможет добраться до места назначения, чтобы доставить лекарство в мозг.

Исследователи объединили две органеллы, которые T. gondii использует для секреции своих собственных белков в клетки-хозяева. Одна из органелл, роптрия, используется для введения белков в клетки мозга, к которым прикасается паразит, в соответствии с методом, известным как “поцелуй и плюнь”.

Чтобы доставить белки в нужное место, исследователи присоединили белок, который хотели доставить, к белку, который уже вводился в клетки. Белки вырабатывались в роптриях, но паразит, к сожалению, выделял недостаточное количество белков в нейроны, выращенные в лабораторных условиях.

Также была проведена работа с другой органеллой – с плотными гранулами, которые выделяют белки, как только паразит оказывается в клетке-хозяине. Исследователи соединили белки, в том числе один под названием MeCP2, с плотным гранулированным белком под названием GRA16. Мутация MeCP2 наблюдается у людей с Синдромом Ретта, психоневрологическим наследственным заболеванием, для которого характерны судороги и задержки в развитии. Паразит без проблем продуцировал MeCP2-GRA16 и вводил его в нервные клетки млекопитающих и человека, а также в органоиды головного мозга, выращенные в лабораторных условиях.

Исследователи также ввели паразитов T. gondii, сконструированных для создания белков MeCP2-GRA16, в брюшную полость и кровоток мышей, чтобы накачать синтезированные белки в клетки головного мозга. У мышей не появилось никаких болезненных симптомов, что указывает на то, что ни инфекция, ни синтезированный белок не вызвали опасных реакций иммунной системы. Правда, лишь немногие из искусственных паразитов проникли в мозг мышей. Как правило, искусственные организмы сравнительно слабы.

Эксперименты увенчались лишь частичным, успехом, но оказались достаточно обнадеживающими, чтобы исследователи основали компанию в Израиле для превращения T. gondii в систему доставки белка. Основатели компании подчеркивают, что сделаны лишь первые шаги, а до внедрения в клиническую практику лечебных мозговых паразитов еще очень далеко.

Перевод: Филиппов Д. С.

Источник: Bracha, S., Johnson, H.J., Pranckevicius, N.A. et al. Engineering Toxoplasma gondii secretion systems for intracellular delivery of multiple large therapeutic proteins to neurons. Nat Microbiol (2024).