Известно, что «Токсо» может влиять на мозг, даже влияя на поведение его хозяев. Но ученые обсуждают, как именно паразит преодолевает гематоэнцефалический барьер — физическое препятствие, предназначенное для того, чтобы не допустить попадания патогенов в мозг.
Теперь исследователи из Школы ветеринарной медицины Пенсильванского университета и коллеги со всей страны определили, как паразит проникает в организм.
Используя мощную технику визуализации, которая позволила ученым отслеживать присутствие и движение паразитов в живых тканях, исследователи обнаружили, что токсоплазма поражает эндотелиальные клетки мозга, которые выстилают кровеносные сосуды, воспроизводятся внутри них, а затем переходят к вторжению в центральные клетки. нервная система.
«Пересечение гематоэнцефалического барьера — редкое событие, отчасти потому, что эта структура предназначена для защиты мозга от патогенов», — сказал Кристофер Хантер, заслуженный профессор Минди Халикман Хейер, президент Penn Vet. "И все же это происходит, и теперь мы можем визуализировать эти события.
Это то, чего никто раньше не видел."
Освещая путь патогена в мозг, исследование помогает понять, какие стратегии лечения могут быть наиболее эффективными в борьбе с паразитом до того, как он нанесет самый серьезный ущерб.
Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology. Хантер был старшим автором исследования, проведенного под руководством Кристофа Конрадта, научного сотрудника лаборатории Хантера.
Было рассмотрено несколько различных теорий, объясняющих, как токсоплазма может попасть в мозг.
Некоторые считают, что паразит протискивается между барьерными клетками, в то время как другие полагают, что паразит проходит непосредственно через клетку. Другая идея, «любимая микробиологами», — сказал Хантер, — это гипотеза троянского коня, согласно которой паразит преодолевает барьер, спрятавшись внутри инфицированной клетки-хозяина.
Конрад использовал многофотонный микроскоп Penn Vet, который позволяет им заглядывать глубоко в живые ткани, не повреждая их, чтобы попытаться засвидетельствовать вторжение паразита в действии.
В этих исследованиях они использовали мышей, специально выведенных для экспрессии флуоресцентного зеленого белка в своих эндотелиальных клетках. Затем они заразили мышей модифицированной токсоплазмой, экспрессирующей красный флуоресцентный белок.
Через неделю они увидели инфицированные эндотелиальные клетки головного мозга, а также свидетельство того, что паразит размножается внутри этих клеток. Через две недели после заражения они увидели, что паразиты появились в ткани мозга, прилегающей к эндотелиальным клеткам.
В дополнительных экспериментах они смогли визуализировать паразитов, вырывающихся из инфицированных эндотелиальных клеток, тем самым вводя паразита в мозг.
Исследователи также хотели пересмотреть гипотезу троянского коня, чтобы увидеть, могут ли, как предполагалось, инфицированные моноциты, тип иммунных клеток, нести ответственность за перенос паразита в мозг. Чтобы проверить это, команда заразила моноциты формой токсо, помеченной красным, которая не может воспроизводиться, а затем ввела эти клетки мышам. Если моноциты действительно действовали как троянский конь, ученые ожидали, что паразит преодолеет гематоэнцефалический барьер.
Но они видели инфицированные клетки только внутри кровеносных сосудов, и эти клетки не могли пересечь гематоэнцефалический барьер.
Чтобы дополнительно прояснить механизм, с помощью которого Toxo заражает и распространяется по телу, исследователи специально изучили уровни свободных паразитов, то есть паразитов, которые еще не заразились или не были поглощены клеткой-хозяином.
Они были удивлены, увидев, что значительная часть, около трети общего количества паразитов у мышей, существовала в виде свободных паразитов в крови.
«Я думаю, мы ожидали увидеть небольшое количество паразитов вне клеток, потому что они должны выходить, чтобы переходить из клетки в клетку», — сказал Конрад. "Но я не думаю, что кто-то полностью оценил огромное количество паразитов, которые свободны и могут инфицировать другие клетки в сосудистой сети."
Однако присутствие свободных паразитов было временным. Через 10 дней после заражения у большинства мышей в крови не было свободных паразитов.
«С точки зрения лечения», — сказал Хантер, «это означает, что если беременная женщина заразится впервые, существует довольно короткий период времени, когда паразит может проникнуть через плаценту и поразить плод. Это говорит нам о том, что нацеливание на эти стадии в крови во время этого узкого окна может быть эффективным для предотвращения врожденной передачи."
В качестве финального теста, чтобы увидеть, могут ли паразиты напрямую получать доступ к мозгу из крови, исследователи заразили мышей смесью нормальных паразитов и мутантов, которые не могли размножаться, каждый из которых был помечен разным цветом. Затем они показали, что только нормальный размножающийся паразит проникает в функциональную ткань мозга.
«Это показывает, что паразит должен размножаться, чтобы распространиться из крови в другие ткани», — сказал Конрад. "Это может означать, что препарат, блокирующий репликацию, может быть эффективным для предотвращения распространения."
Выводы команды предполагают, что текущие теории о том, как токсоплазма проникает через гематоэнцефалический барьер, вероятно, не являются основным путем заражения мозга.
Скорее, паразиты перемещаются прямо из крови в эндотелиальные клетки, где они размножаются, вызывают взрыв клетки и затем заражают соседние клетки мозга.
Помимо последствий для инфекций токсоплазмы, исследование может дать представление о том, как другие вирусные, бактериальные и паразитарные патогены могут перемещаться из крови в мозг.
«Toxo — действительно хорошая модель для изучения сосудистого иммунитета в целом», — сказал Конрад.