Ca biolog molecularist, începeți prin a învăța elementele de bază ale codului ADN. Citirea și traducerea codului vin mai întâi, iar apoi puteți trece la a face propria editare atentă folosind tăierea și lipirea și copy and paste. Odată ce ați dobândit aceste abilități, puteți manipula genele, genomurile și proteinele pentru a examina modul în care „funcționează” celulele și pentru a ajusta modul în care acestea funcționează. Puterea, versatilitatea și accesibilitatea acestor tehnici s-au îmbunătățit cu pași repezi în ultimii ani, în paralel cu îmbunătățirile din domeniul tehnologiilor informaționale. De exemplu, secvențierea ADN, sau capacitatea de a „citi” un întreg genom, este acum accesibilă oricărei echipe de cercetare cu resurse rezonabile.
Tehnicile sunt importante, dar ceea ce se face cu ele este ceea ce poate capta imaginația. Descoperirea unor gene cheie asociate cu boli, adesea la mulți ani după ce sunt cunoscute consecințele acțiunii sau inacțiunii lor, a fost o sursă de inspirație pentru mine personal. În special, îmi amintesc că am citit despre identificarea genei fibrozei chistice în 1989, când mi-am început doctoratul, și că am auzit despre identificarea genei leptinei, legată de obezitate, în calitate de post-doctorand în 1995. Apoi, am văzut ce impact ar putea avea descoperirea de gene asupra propriei mele comunități de parazitologie moleculară: genele var ale parazitului malariei în 1995, gena asociată rezistenței serice umane a tripanosomului african în 1998 și transportatorul rezistenței la clorochină a parazitului malariei în 2000 sunt doar câteva exemple. Cu toate acestea, identificarea genelor implicate într-un anumit proces de interes rămâne o provocare. Descoperirea unei gene noi și importante este, de asemenea, doar primul pas în cercetarea care vizează înțelegerea deplină a funcției și a potențialului ca țintă terapeutică sau candidat pentru vaccinare, de exemplu. Cu toate acestea, provocările nerezolvate sunt exact cele care continuă să stimuleze inovația tehnologică în științele vieții.
Cum stau lucrurile în cazul paraziților unicelulari trypanosomatid pe care lucrăm la Dundee? Aceste celule foarte mobile, cu o lungime de aproximativ 1/50 de milimetru, sunt răspândite între mamifere de către insectele care sug sânge. Aceștia au un impact devastator asupra populației sărace din lume, cauzând „bolile tropicale neglijate” tripanosomiaza africană, boala Chagas și leishmaniozele. Consecințele acestei game de boli umane și animale sunt sute de mii de decese în fiecare an și aproximativ un milion de cazuri pe an de leziuni desfigurate asociate cu leishmanioza cutanată. De asemenea, tripanosomii limitează grav importul de cai, bovine, ovine și caprine sensibile în întreaga Africă.
Ne-am concentrat asupra tripanosomilor africani în special și vedem că adaptările antiparazitare ale gazdei și medicamentele antiparazitare sunt în mod constant amenințate de obsolescență în „cursa înarmării” dintre noi și paraziți. În speranța de a contribui la câștigarea avantajului în această cursă, am adaptat o abordare de screening genetic care ne permite să analizăm fiecare genă a parazitului pentru a determina rolul acesteia în acțiunea și rezistența la medicamente. Acest lucru a scos la iveală >50 de gene noi legate de medicamente aflate în uz clinic. Medicamentele nifurtimox și eflornithine, de exemplu, sunt utilizate pe scară largă ca terapie combinată. Am confirmat că nifurtimoxul este transformat într-un medicament mai puternic de către o enzimă parazitară și, așa cum au raportat independent și alte grupuri, am descoperit că eflornitina este preluată de un transportor de aminoacizi al parazitului.
S-a descoperit că un medicament mult mai vechi, suraminul, intră în celulă prin intermediul unei proteine de suprafață a parazitului. Aceasta a fost o descoperire deosebit de satisfăcătoare, deoarece Paul Ehrlich, „părintele chimioterapiei”, care a dezvoltat atât ipoteza „glonțului magic”, cât și precursorii suraminei în urmă cu mai bine de 100 de ani, a declarat: „Când, odată ce vom cunoaște majoritatea chimioreceptorilor unui anumit tip de parazit… vom avea posibilități de mare anvergură de atac simultan prin diverse agenții” (Ehrlich, 1913). Așadar, am găsit unul dintre „chimioreceptorii” lui Ehrlich, iar acest lucru prezintă, într-adevăr, noi posibilități de dezvoltare terapeutică.
O altă descoperire se referă la alte două medicamente vechi pentru care rezistența încrucișată fusese raportată cu peste 60 de ani în urmă. Această rezistență încrucișată a melarsoprolului și pentamidinei a fost legată de un defect al unei aquagliceroporine, un alt transportor de membrană al parazitului. Rezistența la melarsoprol, un medicament destul de toxic, dar altfel eficient, care conține arsenic, a fost observată la până la 50% dintre pacienți în unele zone. Echipele care au colectat și depozitat paraziți rezistenți din întreaga Africă au reușit să identifice rapid defectele acestui transportor și să le urmărească până la mijlocul anilor 1970. Astfel, modificările genetice care au permis trypanosomilor să reziste la această terapie specială sunt acum cunoscute, impactul acestor modificări poate fi investigat în detaliu, iar răspândirea și distribuția paraziților rezistenți pot fi monitorizate în mod eficient.
Este destul de remarcabil modul în care procesele biologice devin frecvent accesibile din punct de vedere experimental în moduri neașteptate, probabil pentru că avem încă atât de multe de învățat despre multe dintre ele. Aceasta a fost și experiența mea personală. În cazul propriilor noastre descoperiri, activitatea noastră privind repararea ADN-ului a fost cea care ne-a permis să dezvoltăm abordarea de screening genetic descrisă mai sus. În plus, motivația noastră inițială pentru dezvoltarea acestei abordări a fost dorința de a aborda o problemă de expresie genetică complet diferită; din fericire, am reușit să inițiem colaborări cu colegi care erau deja experți consacrați în rezistența la medicamente.
Ceea ce este clar este că cunoașterea modului în care funcționează medicamentele și a modului în care acestea încetează să funcționeze ajută la îmbunătățirea perspectivelor de concepere a unor terapii mai eficiente și mai durabile și, de asemenea, îmbunătățește perspectivele de monitorizare și de abordare a rezistenței atunci când aceasta apare. În calitate de „cercetători de bază” în primul rând, colaborând cu partenerii din cadrul Unității de descoperire a medicamentelor din Dundee, ne vom continua eforturile de a descoperi și de a diseca biologia care poate fi folosită ca medicament la tripanosomatide. Într-adevăr, există acum instrumente și tehnologii pentru a cerceta aceste interacțiuni chimico-biologice la un randament mai mare decât oricând înainte.
Din moment ce munca noastră se bazează în mod continuu pe munca și descoperirile multor colegi – prea mulți pentru a fi menționați, mă tem – închei prin a reitera ceea ce este probabil destul de evident: impactul împotriva acestor și altor agenți patogeni umani și animali necesită o comunitate de cercetători, o masă critică, o interacțiune deschisă, colaborare și acces la tehnologii puternice, atât la nivel de bază, cât și la nivel translațional. Ceea ce este, de asemenea, clar este că experimentele cu agenți patogeni vor continua să producă informații de o relevanță mult mai largă pentru științele vieții și nu numai.
- Diapozitiv PowerPoint
- imagine mai mare
- imagine originală
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005430.g001
.