Dwa goryle srebrzyste; prawdopodobnie pierwotne źródło pasożyta ludzkiej malarii. Photo credit: Patrick Cyusa used under CCO license.

Pasożyty wywołujące malarię miały śmiertelny wpływ na populacje ludzkie przez bardzo długi czas. Starożytne teksty znalezione w Chinach opisują infekcje malarią, a nasz genom nosi ślady radzenia sobie z malarią, na przykład w postaci mutacji anemii sierpowatej, która jest utrzymywana w populacji, ponieważ oferuje pewną ochronę przed malarią. Jeszcze dziś malaria zabija do 500 000 osób rocznie i jak dotąd nie istnieje dostępna na rynku szczepionka, która mogłaby nas chronić. Malaria jest prawdopodobnie jedną z najgorszych chorób pasożytniczych dotykających rodzaj ludzki i istnieje w sumie pięć gatunków pasożytów malarii, które powodują ją u ludzi.

Przy tak dużym wpływie badacze zawsze starali się dowiedzieć, skąd pochodzą te pasożyty. Kiedy linie rozwojowe człowieka i szympansa oddzieliły się od wspólnego przodka, czy pasożyty malarii zarażające tego wspólnego przodka również się rozdzieliły, prowadząc do powstania gatunków malarii u ludzi i gatunków malarii u szympansów? Długo sądzono, że tak jest w przypadku gatunku pasożyta wywołującego malarię Plasmodium falciparum, który wraz z Plasmodium vivax jest odpowiedzialny za większość przypadków malarii u ludzi i zgonów.

Panująca teoria na temat pochodzenia Plasmodium vivax jest jednak taka, że jest on znacznie młodszy, przeskoczywszy na ludzi z małpy makaka w południowo-wschodniej Azji około 60 000 lat temu.

Jeśli te teorie są błędne, naukowcy muszą znaleźć prawdziwe pochodzenie pasożytów malarii, które zarażają ludzi, aby ocenić ryzyko przyszłego międzygatunkowego przenoszenia pasożytów malarii z małp i małpoludów na nas. Informacje te dostarczają nam również ważnych wskazówek, jak leczyć i kontrolować infekcję. Teraz nowe osiągnięcia w technologii sekwencjonowania genomów odwróciły scenariusz historii pochodzenia malarii.

Nowe techniki

Jeśli chcesz wiedzieć, jak grupa organizmów ewoluowała i podzieliła się na różne gatunki, najlepszą metodą jest przyjrzenie się zmianom w DNA w czasie, we wszystkich organizmach, o których mowa. Ten rodzaj analizy daje nam filogenezę, czyli drzewo ewolucyjne grupy i pozwala oszacować, które linie rozwojowe gatunków dały początek innym i tak dalej. Im więcej gatunków i odcinków DNA zostanie zbadanych, tym więcej relacji i informacji będzie dostępnych. To jest dokładnie to, co zostało zrobione z pasożytami malarii.

Nasza zdolność do zbierania DNA malarii od małp była tradycyjnie ograniczona przez potrzebę pobierania krwi od tych zwierząt. Postęp technologiczny w ostatniej dekadzie oznacza obecnie, że DNA malarii może być pobierane i izolowane z kału małp, co otwiera możliwość sekwencjonowania ogromnej liczby próbek, a wyniki mogą być dodane do danych używanych do konstruowania filogenezy pasożytów malarii. Jak się okazuje, małpy przenoszą znacznie więcej gatunków malarii niż początkowo sądzono, i to właśnie te nowe dane dostarczyły pierwszych wskazówek, że ludzkie infekcje P. falciparum mogły pochodzić od małp człekokształtnych. Na początku tego roku Dorothy Loy i grupa kolegów opublikowali doskonały przegląd tych ustaleń.

Results give rise to a new theory

Among the 3500 sequences sampled, six Laverania species (a subgenus of the Plasmodium genus) were identified. Jedna linia pochodząca od zachodnich goryli była niemal identyczna z P. falciparum. Początkowo sądzono, że te infekcje stanowią wskazówkę, że ludzka malaria może zarażać goryle, dopóki dalsze analizy nie wykazały, że w rzeczywistości ludzka P. falciparum jest potomkiem tego gatunku goryli. Prawdopodobnie ten śmiertelny ludzki pasożyt nie rozwijał się wraz z wczesnymi ludźmi, kiedy odłączyli się od naszego wspólnego przodka szympansa, ale raczej przeskoczył do ludzi z goryli w pojedynczym zdarzeniu transmisyjnym około 10 000 lat temu.

Ten nowy wgląd w pochodzenie malarii pomaga również wyjaśnić, dlaczego P. falciparum ma zaskakująco niski poziom różnorodności genetycznej w porównaniu z innymi gatunkami malarii. Pierwotnie tylko niewielka liczba pasożytów P. falciparum przenosiła się na ludzi, ponieważ tylko one miały prawidłowy zestaw mutacji, który pozwalał im przetrwać. Obecnie wydaje się, że żaden gatunek malarii goryli nie jest w stanie przetrwać u ludzi. Ponieważ tylko niewielka liczba unikalnych pasożytów była w stanie zainfekować ludzi, populacja ta ma mniejszą różnorodność niż pełen zakres pasożytów w pierwotnej populacji, co jest sytuacją znaną jako wąskie gardło populacji. Dzięki poznaniu średniej ilości zmian genetycznych w genomach malarii w czasie oraz liczby różnic między P. falciparum a gatunkami malarii goryla badacze byli w stanie oszacować, że zmiana ta nastąpiła zaledwie 10 000 lat temu.

To nowe zrozumienie pochodzenia P. falciparum nie było jedynym nowym odkryciem.

Nowe pochodzenie Plasmodium vivax

Teoria, że P. vivax pochodzi z Azji, po przeskoczeniu z makaków na ludzi, zawsze stwarzała trudności w rozwiązaniu dwóch kwestii. Po pierwsze, ludzie przybyli do Azji dopiero 60 000 lat temu, a podział między malarią makaków i P. vivax wydaje się być znacznie starszy niż ten okres. Po drugie, uważa się, że fenotyp Duffy-negatywny, który występuje w dużej liczbie w Afryce Subsaharyjskiej, a nie w południowo-wschodniej Azji, został wyselekcjonowany w odpowiedzi na dużą presję selekcyjną ze strony P. vivax, ponieważ uważa się, że brak antygenu Duffy utrudnia P. vivax do inwazji na czerwone krwinki.

Oba te problemy zostały rozwiązane przy użyciu teorii wygenerowanej na podstawie nowego pobierania próbek i filogenów.

Widzimy teraz, że P. vivax i pokrewne szczepy są bardzo powszechne u szympansów i goryli, wykazując, że P. vivax, podobnie jak P. falciparum, najprawdopodobniej wywodzi się od afrykańskich małp człekokształtnych, a także przeskoczył na ludzi w Afryce.

Przyszłe drogi badań

Przepisanie teorii dotyczących pochodzenia tych ludzkich malarii jest ważną rewizją, ponieważ może otworzyć nowe i ważne drogi badań nad malarią. Jakie geny i mutacje pozwoliły malarii przeskoczyć z małp na ludzi? Znalezienie ich może otworzyć nowe cele dla leków lub możliwości leczenia. Podobnie, które geny są podobne u pasożytów malarii człowieka i małpy? Czy może to wskazywać na jakieś szeroko zakonserwowane ważne funkcje, które mogłyby być celem szczepionek lub leków? Wiele dolarów i wysiłku włożono w badania nad pasożytami malarii od czasu ich odkrycia niewiele ponad 100 lat temu, i słusznie, biorąc pod uwagę ogromne koszty ekonomiczne i społeczne, jakie choroba ta powoduje w populacjach ludzkich. Identyfikacja pochodzenia ludzkich pasożytów malarii jest ważnym rezultatem, który, miejmy nadzieję, doprowadzi do poprawy życia mieszkańców regionów naszej planety dotkniętych malarią.

.