don_beaver (don_beaver) wrote,
don_beaver
don_beaver

Categories:

Конец малярии

Продолжаем делиться результатами прошедшей карантинной недели, которые были получены сверх обычных рабочих и семейных обязанностей – благодаря дополнительному свободному времени - у кого оно появилось :).

Моя прошедшая неделя отмечена фактическим концом малярийной (да и вообще биологической) деятельности. Статью по динамике клеточной мембраны я закончил в прошлые выходные – и отложил до выхода малярийной статьи, над которой трудился прошедшую неделю. Вчера я её закончил и отправил соавторам на финальное согласование. Но лично я полагаю, что основная часть работы закончена. Дискуссии и сопровождение в печать – это уже другой уровень занятости.
Итак, что сделано? Как известно, малярией заболевает каждый год более двухсот миллионов людей, а умирает более четырехсот тысяч. Это не производит фурора в прессе, подобного коронавирусу, потому что – это привычно, тем более, что умирают, главным образом, в Африке (в основном - дети до пяти лет), а на север малярийный комар не залетает. Лекарства против малярии есть – что-то вроде сильных ядов, от которых столько последствий, что против коронавируса его попробовали и отступились, потому что лекарство тут оказалось хуже болезни. Что мешает сделать хорошую вакцину против малярии? Малярия вызывается не вирусами и не бактериями, а простейшими паразитами, которых так просто не возьмешь. И остановить их можно, внимательно изучив их жизненный цикл – и найдя его слабое место, которое можно разрушить. Пока с этим проблемы.

Есть несколько видов малярий: самая распространенная и опасная вызывается плазмодиями фальсипарум. Эритроцит, в который забрался и в котором размножается до дюжины малярийный паразит, меняется внешне следующим образом: из здорового диска он превращается в больной шар, поверхность становится неровной, покрытой какими-то узлами-кнобами. На заключительной стадии в этом шаре образуется отверстие, оно расширяется и эритроцит выворачивается как чулок, выбрасывая всю шайку на разбой. Этот процесс было заснят на видео в группе экспериментаторов из французского университета Монпелье.
Клетка крови внутри тоже меняется: паразиты растут, выедая гемоглобин и прочие запасы клетки, и производя кучу белковой всячины. Понятно, что процессы внутри клетки изучать заметно сложнее. При инфицировании плазмодиями фальсипарум в клетке крови возникают так называемые Maurer’s clefts, которые переводятся как зернистость Маурера, но на самом деле – это пластины или длинные волокна или цепи пузырьков – везиклов. В клетках крови, пораженных другими видами плазмодий, хорошо видна равномерная зернистость Шиффнера (Schüffner's dots) – порядка сотни точек на клетку. Как известно, биология на определенном уровне является описательной наукой, так что функции ни кнобов, ни клефтов, ни зернистости не известны. Правда, про пузырьки-везиклы часто говорят, что они переносят белки, выработанные паразитами, к мембране эритроцита. Но зачем они это делают? Ну, может быть, им это нравится.

Я подошел к вопросам выворачивания эритроцита не как биолог, а как физик, и учёл, что мембрана эритроцита состоит из двух липидных слоев. Сначала можно сделать очевидный вывод, что в сферическом эритроците внутренний липидный слой имеет меньшую площадь, чем внешний. Зато в вывернутом эритроците, бывший внутренний слой должен иметь площадь большую, чем бывший внешний. Следовательно, кто-то или что-то перенасытило веществом внутренний слой так, что он охотно распрямился и стал внешним – при выворачивании клетки. Я оценил, насколько, для такого выворачивания, должна вырасти площадь внутреннего слоя. Получилось 2%. Потом я оценил - сколько энергии ушло на то, чтобы превратить слабоизогнутую мембрану эритроцита в туго свернутый рулон, который растет вокруг начального отверстия при выворачивании. Теперь логично возникает вопрос: откуда больная клетка взяла столько вещества и энергии, чтобы так вывернуться, что даже здоровому эритроциту не суметь? Ответ нашелся в тот момент, когда я слушал доклад какого-то француза о том, что при механическом стрессе растягивающаяся мембрана клеток, чтобы не разорваться, присоединяет к себе пузырьки-везиклы – перестраивается и выживает. Действительно, везиклы-пузырьки (те самые Schüffner's dots), которые генерируют паразиты, являются носителями как вещества – у них такая же мембрана, как и у клетки, так и энергии, потому что шарик при распрямлении выделяет упругую энергию. Паразиты приклеивают эти везиклы на стенку эритроцита. Расчеты показали, что достаточно сотни таких пузырьков-гранат, чтобы «заминированная» клетка в нужный для паразита момент была взорвана изнутри – вплоть до выворачивания. Величина скорости раскрытия клетки, вычисленная из обычного дифференциального уравнения, хорошо совпала с наблюдениями. И я написал статью, которая уже девятый год ходит по соавторам.

У меня два соавтора-«француза» из Монпелье, один – итальянец из университета, другой – русский из академии наук. В этом году мы, наконец, взялись за доводку статьи. Итальянец, близкий к группе экспериментаторов, исследователей плазмодия фальсипарум, которые открыли выворачивание эритроцита, заявил, что корифеям-экспериментаторам, с которыми он беседовал, неизвестны везиклы внутри эритроцитов, больных плазмодием фальсипарум (Schüffner's dots найдены в клетках, зараженных другими плазмодиями). Я переделал статью, вынеся вперед математическую модель выворачивания, а вопрос об источнике энергии подал во вторую очередь - как гипотезу. Но вот на позапрошлой неделе, роясь по статьям, я нашел удивительное: что всего несколько лет назад в эритроцитах, инфицированных плазмодием фальсипарум, нашли две популяции везиклов – 25 и 80 нанометров, причем одна из них тесно связана со структурами Маурера, от которых они, видимо, отщепляются. Эти везиклы были видны лишь при определенном экспериментальном методе, который не входил в арсенал группы Монпелье. На этой неделе я доделал статью, добавив описание этих новых данных и ссылки. Но не только. Я нашел пару свежих статьей с фотографиями кнобов, которые убедили меня, что кнобы – это следствия присоединения везиклов к мембране клетки. Внешний слой везикла сливается с внутренним слоем мембраной клетки, а внутренний, в виде пузырька, остается (на какое-то время) между слоями клеточной мембраны, выпучивая ее куполом.



Как легко понять из прилагаемых рисунков, очень похоже, что кнобы именно так и образовались, что раскрывает их функцию в больном эритроците и дает удобный метод наблюдения за присоединением везиклов к мембранам.

Что ж, вся загадочная деятельность паразитов стала логичной и очень эффективной: они выедая эритроцит изнутри, активно двигаются, создавая многочисленные мембранные структуры – длинные, как Маурер клефты, или шарики, как везиклы. Думаю, что Маурер клефт – просто стадия для создания везиклов (может быть - дополнительный инструмент перекачки липидов к мембране). Наверное, видели, как выдувают длинные мыльные пузыри? Вот такие длинные или плоские пузыри создают паразиты – а потом эти пузыри перестраиваются в шарики и путешествуют к мембране. Присоединяясь к ней, они создают кнобы; внутренний слой мембраны перенасыщается веществом и энергией - паразиты готовят свой скорый триумфальный выход. То есть, ни одна существенная особенность инфицированной клетки не является случайной – там действуют жесткие законы выживания, которые заложены в генах плазмодиев. Если они не смогут насытить внутреннюю мембрану клетки, то она не вывернется вокруг открывшегося отверстия – и основная часть паразитов останется в этом прочном мешке, и не сможет выйти наружу (такие случаи в природе наблюдаются). Разрушить этот налаженный механизм выхода паразитов наружу – и малярии конец.

Сегодня я вернул все книги по биологии и гидродинамике на книжные полки, биологические статьи тоже сложил и спрятал. И собираюсь приступить к давно ожидаемому космологическому обзору. Столько всего интересного публикуется по космологии! Фрамптон разоблачает противников MACHO, а в данных спутника «Гайя» стали массово открываться черные дыры звездных масс. Пора вернуть космологию из мира квантовой фэнтези в мир физического реализма.
Tags: Коронавирус, Научные истории
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 21 comments