• Imprimeix

Butlletí RECERCAT
Descobert un nou mecanisme del paràsit de la malària al Sincrotró ALBA

Un equip internacional de científics ha descobert nous detalls sobre com actua el paràsit de la malària un cop ha infectat els glòbuls vermells. Hem pogut entrevistar dos investigadors participants en l’estudi: Sotirios Magkos, de la Universitat de Copenhagen, i Ana Joaquina Pérez-Berná, del Sincrotró Alba, on s’ha dut a terme una part important de la recerca. Aquest descobriment ha estat possible gràcies a la combinació de dues modernes tècniques de microscòpia: la de fluorescència de raigs X i la tomografia de raigs X tous; aquesta segona s’ha dut a terme al Sincrotró ALBA.

12/12/2017 10:12
R132_CENT_Cells_malaria

Tomografia on es veu el paràsit, en verd, dins del glòbul vermell

L’anàlisi de les imatges de les cèl·lules infectades amb el paràsit ofereix noves informacions que permetrien dissenyar nous tractaments contra la malària, una malaltia que sega més de 400.000 vides cada any. El paràsit de la malària,  Plasmodium falciparum, es transmet per les picades de mosquit, arriba a la sang i infecta els glòbuls vermells on es nodreix de l’hemoglobina, la proteïna encarregada del transport d’oxigen per la sang. En digerir-la, es produeixen residus de ferro en forma de molècules anomenades hemo. Aquests grups hemo són tòxics per al paràsit, però aquest té una estratègia perquè no el perjudiquin: els ajunta de dos en dos i després els agrupa formant cristalls d’hemozoïna, de manera que el ferro tòxic queda bloquejat i ja no li representa cap amenaça.

Tot i que no se sap exactament com el paràsit cristal·litza els hemos, el grup de recerca ha pogut calcular per primer cop la velocitat d’aquest procés de cristal·lització amb imatges del paràsit congelat in vivo. El fet clau del mecanisme bioquímic de la malària és que s’han de coordinar les dues reaccions del procés: la digestió d’hemoglobina i la cristal·lització dels hemo. Com si es tractés d’una cadena de muntatge, la degradació inicial no pot ser més ràpida que la cristal·lització; si no, els grups hemo tòxics resultants s’acumularien i la maquinària següent encarregada de tractar-los no donaria a l’abast de convertir-los en cristalls.

Els investigadors, doncs, proposen un nou model del procés en què prediuen que necessàriament hi ha d’haver un mecanisme que controli i reguli la velocitat de degradació d’hemoglobina i, per tant, també que limiti l’alliberament de grups hemo. Això permetrà dissenyar nous fàrmacs, l’objectiu dels quals seria sabotejar aquest procés de gestió de residus: sigui impedint la reacció que empaqueta els hemos tòxics, o bé fent que se n’acumulin molts atacant el sistema de coordinació entre ambdós passos (degradació i cristal·lització), de manera que el paràsit acabi ofegant-se en les seves pròpies escombraries acumulades.

L’anàlisi de les imatges de microscòpia ha permès mesurar per primer cop la presència de certa quantitat de grups hemo no cristal·litzats dins el paràsit. Això és certament sorprenent perquè ja se sap que aquests compostos són tòxics de manera immediata i, segons la taxa de cristal·lització calculada, caldrien 1,4 hores per processar-los. Això significa que el paràsit té alguna manera de guardar aquests hemos perquè no el matin, “probablement associats a hemoglobina encara no digerida”, segons suggereixen els científics.

 

Entrevista a Sotirios Magkos, de la Universitat de Copenhagen, i Ana Joaquina Pérez-Berná, del Sincrotró Alba

“Haver descobert com funciona el paràsit de la malària serà clau per desenvolupar nous fàrmacs per combatre’l”

Quins són els nous descobriments que heu realitzat sobre el paràsit de la malària?

SOTIRIOS MAGKOS: El nostre objectiu ha estat traçar la forma en què el paràsit es desenvolupa dins del glòbul vermell alimentant-se d’hemoglobina, per tal de conèixer millor el mecanisme de la malaltia i posteriorment identificar noves formes d’afrontar-ne el tractament.

ANA JOAQUINA PÉREZ-BERNÁ: El més revelador d’aquest descobriment ha estat comprovar l’alt control que té el paràsit sobre la ingesta i la degradació de l’hemoglobina. En conseqüència, qualsevol factor que introduïm per alterar aquest control pot representar un nou fàrmac per combatre la malària.

Una part del treball s’ha dut a terme al Sincrotró Alba, gràcies a la tomografia de raigs X tous. En què consisteix aquesta tècnica?

SM: Usem raigs X per obtenir imatges des de diversos angles i finalment crear, en el nostre cas, projeccions en 3D de glòbuls vermells infectats pel paràsit de la malària. La tomografia ens ha permès fer un TAC a nivell cel·lular amb què hem descobert l’estructura tridimensional de la cèl·lula i de tots els seus orgànuls.

AJP: Aquesta tècnica ens permet introduir-nos dins la cèl·lula i veure com es troba el paràsit i de quina forma és capaç de coordinar la ingesta d’hemoglobina amb la seva degradació. El paràsit digereix l’hemoglobina, la cristal·litza i la deposita en un compartiment diferent formant cristalls per evitar que l’intoxiqui. La recerca que hem realitzat aquí ha consistit en obtenir l’estructura del paràsit a l’interior del glòbul vermell i, en paral·lel, veure com el paràsit transforma els residus en cristalls d’hemozoïna.

Aquestes troballes poden donar lloc a nous fàrmacs contra la malària?

SM: El nostre treball serà molt útil per identificar nous tractaments, sempre en combinació amb altres recerques. Saber com el paràsit es desenvolupa és crucial per descobrir com combatre la malaltia.

Es preveu que la recerca que heu dut a terme tingui continuïtat a partir d’ara?

AJP: Segur. Ara mateix estem fent nous experiments amb fàrmacs contra la malària per avaluar-ne l’efectivitat i esbrinar quins tractaments són més tòxics per al paràsit i quins menys perjudicials per al glòbul vermell.

La investigació s’ha concretat gràcies a la cooperació de diversos centres internacionals. Com se n’ha liderat la coordinació?

AJP: La recerca ha estat liderada per Sergey Kapishnikov des de la Universitat de Copenhagen. El Sincrotró Alba hi ha contribuït amb l’aportació de l’estructura tridimensional de la cèl·lula on es troben els paràsits dels glòbuls vermells, així com en la descripció del mecanisme de formació de cristalls del paràsit. La composició concreta d’aquests cristalls s’ha investigat des dels sincrotrons SLS suïs i ESRF de Grenoble.

Pot sorprendre que una gran instal·lació científica com el Sincrotró Alba, que per molts està més lligada a la recerca bàsica en àrees com ara la física o els materials, sigui clau també per a la recerca biomèdica.

AJP: En aquest moment el Sincrotró Alba dedica quatre de les seves vuit línies de llum a la recerca en biologia. L’objectiu global és aplicar la tecnologia i els coneixements que s’ha aconseguit acumular en l’àmbit de la física al llarg del darrer segle en una àrea amb tants fronts encara per explorar com la biologia. Hem de tenir en compte que la combinació de la física i de la biologia ens pot obrir la porta a descobrir les claus de molts processos biològics fins ara desconeguts.

 

S. Kapishnikov et al., Unraveling heme detoxification in the malaria parasite by in situ correlative X-ray fluorescence microscopy and soft X-ray tomography, Nature Scientific Reports, 7 (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-06650-w