Mapa génico del parásito del paludismo

10000000000000C80000008548AA2C298DA01814El paludismo afecta a más de 200 millones de personas en todo el mundo y, según la Organización Mundial de la Salud (OMS), en 2017 causó cerca de 450.000 muertes, la mayoría niños menores de cinco años. A pesar de la medicación, a falta aún de vacuna, el control de la se ve amenazado por la capacidad del parásito a volverse resistente a múltiples fármacos.

Los Plasmodium, el agente causal del paludismo, son organismos unicelulares con distintas etapas de desarrollo morfológico, cada uno de los cuales se especializa para habitar en entornos y tipos de células huéspedes muy diferentes. Detrás de esta diversidad morfológica se encuentra la regulación estricta de un genoma compacto, donde las funciones de ~40% de los genes permanecen desconocidas, lo que dificulta la tasa de desarrollo efectivo de medicamentos y vacunas. La secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq) ha permitido hacer mapas de los procesos de desarrollo, diversidad celular y variación de célula a célula.

100002010000011C000001552C427AC8AC0B79E8Virginia M. Howick (Wellcome Sanger Institute, Wellcome Genome Campus, Cambridge, UK), como primera firmante junto con un equipo de quince autores de distintas instituciones de Odense (Dinamarca), Nairobi (Kenia), Johannesburgo (Sudáfrica), Victoria (Australia), Glasgow (Reino Unido) Umea (Suecia) y Montpellier (Francia) han publicado en Science los resultados de un estudio acerca de un análisis unicelular de la transcripción a lo largo del ciclo de vida completo del parásito del paludismo, que han dado lugar al “Atlas Celular del Paludismo” que ofrece la visión a mayor resolución de la expresión del gen del parásito. Se trata del primer mapa de este tipo para un organismo unicelular y permitirá conocer las etapas clave de desarrollo del organismo para controlar la enfermedad y producir fármacos y vacunas contra un parásito cada vez más resistente.

Los transcriptomas unicelulares generados a partir de 10 etapas diferentes del ciclo de vida del parásito P. berghei en modelo de roedor identificaron 20 “módulos” entre 5.156 genes del transcriptoma central. Estos grupos permitieron la asignación funcional de genes hipotéticos y conservados, y sugieren mayor subestructura de las etapas establecidas del ciclo de vida. El atlas también permitió “desconvolucionar” los transcriptomas de P. falciparum y P. malariae de cepas aisladas de enfermos y clasificar la parasitemia según la etapa de desarrollo.

Los científicos han reunido un atlas de células del paludismo que presenta los perfiles transcriptómicos de los parásitos Plasmodium individuales a lo largo de todas las etapas morfológicas del ciclo de vida. El propósito del atlas es (i) informar sobre la función y el uso de los genes a lo largo del ciclo de vida, (ii) comprender los mecanismos reguladores de los genes que subyacen a las transiciones del desarrollo, (iii) descubrir los patrones de cobertura de los parásitos y 10000000000001B500000106829FE0A68B564A96(iv) proporcionar un conjunto de datos de referencia que pueda utilizarse para comprender la biología de los parásitos por parte de la comunidad del paludismo, tanto en el laboratorio como en las infecciones naturales de múltiples especies de Plasmodium.

Aislaron 1.787 parásitos utilizando la clasificación celular y transcriptomas de longitud completa perfilados en 10 puntos temporales, cubriendo todas las etapas del ciclo de vida tanto del mosquito vector como del huésped mamífero. Dieron a los mosquitos infectados con paludismo sangre falsa para capturar los parásitos que liberaban con su saliva y así poder compararlos con los parásitos que permanecían en las glándulas salivales. A partir de estos datos, pudieron entender los patrones transcripcionales de desarrollo e identificar los genes marcadores asociados con la etapa del parásito, la estrategia celular (fases replicativa, de crecimiento y sexual) y el entorno del huésped. Los grupos resultantes de genes que se comportan de manera similar permiten inferir una posible función para el ~40% de los genes que permanecen sin caracterizar. Secuenciaron otras 15.858 células del ciclo de desarrollo intra-eritrocítico para tres especies diferentes, incluyendo dos patógenos humanos. Alinearon las trayectorias de desarrollo a través de las especies durante la fase patógena del ciclo de vida, estableciendo un método de comparación entre especies. Finalmente, desarrollaron un procedimiento para preservar los parásitos silvestres recolectados de portadores naturalmente infectados y utilizaron scRNA-seq, junto con el “Atlas de la Célula del Paludismo” como referencia, para identificar las etapas de desarrollo de los parásitos silvestres y caracterizar una infección natural de especies mixtas a resolución unicelular.

10000201000001B5000001CEA26780B0851DE4CCLos parásitos del paludismo adoptan una notable variedad de etapas morfológicas de la vida a medida que hacen la transición a través de múltiples ambientes de huéspedes de mamíferos y mosquitos vectores. Los autores han perfilado los transcriptomas unicelulares de miles de parásitos individuales, obteniendo el primer atlas transcripcional de alta resolución de todo el ciclo de vida del Plasmodium berghei. Luego utilizaron los datos del atlas para definir con precisión los estadios de desarrollo de células individuales de tres especies diferentes de parásitos del paludismo humano, incluidos los parásitos aislados directamente de los individuos infectados.

En resumen, los investigadores generaron transcriptomas para todas las etapas del ciclo de vida de Plasmodium y los publicamos en el sitio web interactivo del “Malaria Cell Atlas”, www.sanger.ac.uk/science/tools/mca/mca/. El “Atlas de la Célula del Paludismo” proporciona nuevos conocimientos sobre la función de los genes y la progresión del desarrollo de los parásitos que puede servir como referencia transcriptómica, facilitando la interpretación de datos de múltiples especies y múltiples técnicas, y abriendo la puerta a la comprensión de qué genes son activos en las infecciones naturales en el mundo real y cómo estos pueden diferir de los parásitos del paludismo cultivados en el laboratorio. También, la caracterización de los parásitos silvestres del Plasmodium con una inmensa diversidad genética permitirá avanzar en el estudio de la enfermedad y la transmisión del paludismo directamente de los portadores infectados. Se prevé que el Atlas apoyará el desarrollo de nuevos medicamentos, vacunas y estrategias de bloqueo de la transmisión de la infección.

 

Howick VM, et al. The Malaria Cell Atlas: Single parasite transcriptomes across the complete Plasmodium life cycle. Science 2019; 365: eaaw2529. DOI:10.1126/science.aaw2619