Jak narušit krevní hostinu klíšťat a čmelíků

Krevsající parazitičtí roztoči představují významnou hrozbu pro lidské zdraví. Najdeme-li unikátní proteiny esenciálních metabolických drah u klíšťat a čmelíků, můžeme testovat nové inhibitory a sledovat jejich akaricidní účinek. Pokud látky pro ně toxické způsobí roztočům velmi rychlou smrt, mohou zabránit i přenosu jejich patogenů.

Parazitičtí roztoči , jako jsou klíšťata či čmelíci, se živí výhradně krví hostitelů – plazů, ptáků, ale i hospodářských zvířat či lidí. Z pohledu parazita je krev jako druh potravy velmi dobrá volba, jelikož představuje velmi vydatný zdroj bílkovin, hemu a sérového železa. Samice klíštěte, které jsou navíc schopny během jediného „hltu“ spořádat až stonásobek své váhy, si tak užívají doslova krevní hostinu. Přísun tak velkého množství stravy bohaté na protein usnadňuje vysokou reprodukci parazitů. Získané živiny využívají dospělé samice klíšťat pro tvorbu vajec, kterých kladou až tisíc. Kombinace obligatorního (výhradního) parazitického způsobu života a vysoké reprodukční schopnosti dělá z těchto parazitů naše skutečné a mocné nepřátele.

Živení se krví (hematofagie) je spojeno s mnoha evolučními adaptacemi fyziologických a reprodukčních drah. Jaké konkrétní proteiny a jejich metabolické dráhy umožnují parazitickým roztočům samotné nasátí a posléze trávení získaných hostitelských krevních molekul? A které z těchto drah jsou specifické pouze pro tyto roztoče, takže je nenajdeme u jejich hostitelů? Odpovědi na tyto a další otázky jsou hlavním výzkumným záměrem směřujícím k identifikaci a ověření tzv. molekulárních cílů (obr. 2). Těmi jsou v našem případě proteiny (proteinové receptory či enzymy) citlivé na akaricidní látky – jsou jimi blokovatelné (inhibovatelné). Tato aktivita se projeví narušením esenciálních metabolické drah a způsobuje smrt roztočů. Pokud akaricid účinkuje velmi rychle, může blokovat i přenos patogenů.

Ústní ústrojí klíštěte obecného (Ixodes ricinus). Ve spodní části je dobře patrný ozubený nepárový hypostom se zpětnými háčky, nad ním jsou pohyblivé párové chelicery. Na chodidle prvního páru nohou je Hallerův orgán (hnědě), „čichové“ smyslové čidlo, s jehož pomocí klíště vyhledává hostitele.Snímek David Hartmann, Jan Perner, za Laboratoř elektronové mikroskopie Biologického centra Jiří Vaněček, Marie Vancová

Zisk hemu z hostitele

Díky genomickým datům, pořízeným moderními sekvenovacími metodami, začíná být zřejmé, že krevsající roztoči získali během své evoluce hned několik systémových adaptací, jako je například „zefektivnění“ genomu ztrátou nadbytečných anabolických drah nebo naopak nadřazení metabolických drah souvisejících s degradací (katabolismem) proteinů získaných z hostitele.

Klasickým příkladem „zefektivnění“ parazitického genomu, v tomto případě klíštěcího, je ztráta genetického kódování enzymatické dráhy pro vlastní (endogenní) biosyntézu hemu. U klíšťat je zásobení hemem garantováno přísunem hemoglobinu z červených krvinek hostitele (obligatorní hematofagie). Dráha pro vlastní syntézu hemu se proto stala během evoluce klíšťat nadbytečnou.

Podobnou analogii ve ztrátě biosyntetické dráhy můžeme najít například i u lidí a dalších primátů. Dostatečný příjem kyseliny askorbové (vitaminu C) z potravy u našich prapředků vedl k tomu, že jsme přečkali ztrátu funkce genu pro finální enzym vlastní biosyntetické dráhy této kyseliny. I přes ztrátu funkčnosti této dráhy askorbátdependentní enzymatické reakce u lidí a primátů přetrvaly a jejich funkčnost je závislá na příjmu askorbátu z potravy, který se tak stal nezbytným vitaminem (viz také Komu hrozí kurděje, Vesmír 80, 497, 2001/9). Příkladem látek vyžadujících askorbát jsou např. enzymy posttranslační modifikace kolagenu.

Obdobně jako askorbát také hem reprezentuje kofaktor nezbytných enzymatických reakcí, zejména buněčného dýchání. Většina živočichů si hem vytváří ve svých buňkách z aminokyselinových a karboxylových kyselin a železa. Klíšťata hem získávají jen paraziticky, ze svého hostitele. Vliv nepřítomnosti hemu v potravě na životaschopnost klíšťat jsme experimentálně ověřili pomocí unikátní metody membránového sání. Díky ní jsme schopni klíšťata krmit nejen krví, ale například jen sérem (krevní frakcí bez červených krvinek, tedy bez hemu). Absence hemu v séru dospělá klíšťata (samice) překvapivě během sání neovlivňuje. Nedostatek této molekuly se nicméně projeví kladením života neschopných vajec. Samice nasáté na séru zkrátka nejsou schopny pokrýt hemové nároky svého potomstva (obr. 3).

Od genu k akaricidu – schematické znázornění vývoje protiklíštěcích látek. A. V genomu klíštěte jsme schopni identifikovat vhodný gen kódující kandidátní protein, molekulární cíl (například podle sekvenční odlišnosti roztočího a homologního hostitelského genu). Poté na základě transkriptomových dat z jednotlivých roztočích tkání zjišťujeme expresní profil tohoto genu (tj. v jakém vývojovém stadiu, v jaké tkáni anebo v jakém čase během sání na hostiteli je přítomna mRNA kódující protein). B. Pomocí biochemické inhibice nebo genetické metody RNAi (způsobující snížení hladiny mRNA pro kandidátní protein) ověřujeme esencialitu zvoleného cíle. C. Pokud máme ověřený zvolený molekulární cíl a pro něj vybranou nejúčinnější akaricidní látku, můžeme přistoupit k testování in vivo na hostiteli. Během těchto experimentů testujeme stabilitu látky (tzv. farmakokinetika) a její akaricidní účinnost v živém systému.Návrh schématu Jan Perner, zpracování Martina Hajdušková