: 07.10.2026

Митохондрии паразитов – новые мишени для антипаразитарных лекарств

В клетках эукариот (организмов с оформленным клеточным ядром – животных, растений и грибов) имеются специальные двумембранные структуры, которые занимаются производством высокоэнергетических молекул АТФ, – митохондрии.

Считается, что возникли они около 1,5–2 млрд лет назад в результате эндосимбиоза – процесса, при котором крупная древняя клетка, родственная одноклеточным археям, поглотила протеобактерию, которая не переварилась, а осталась жить внутри «хозяина» и впоследствии превратилась в универсальную энергетическую станцию живых организмов. В митохондриях сохранились даже такие клеточные признаки, как собственная ДНК.

Таков традиционный взгляд на происхождение этих клеточных органелл, основанный на изучении митохондрий человека и дрожжей. Однако при исследовании более «экзотических» видов оказалось, что эта «картинка» из учебника не всегда соответствует реальности.

Ученые из международного консорциума MitoCarta Tree of Life картировали митохондриальные протеомы (совокупность всех белков) 5 видов простейших (одноклеточных эукариотических организмов): лямблий, акантамебы, трипаносом, лейшманий и бабезий. Для полноты картины они также изучили митохондрии крошечного растения из семейства капустных – резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana).

Исследователи применили метод профилирования белковых корреляций: клетки разделяли на фракции и с помощью масс-спектрометрии отслеживали белки, распределение которых во фракциях менялось синхронно с митохондриальными маркерами. Это позволило выявить множество новых компонентов митохондрий, которые ранее никогда не связывали с этой органеллой.

Одной из задач проекта было расширить возможности борьбы с паразитами, основанной на воздействии на их митохондрии. Примером такого подхода служит препарат атовакуон, который блокирует митохондриальный белок малярийного плазмодия (Plasmodium falciparum) – возбудителя смертоносной тропической малярии.

Чтобы подобные препараты не могли причинить вред больному, потенциальная белковая мишень не должна присутствовать в митохондриях самого человека. Ученые в ходе исследования обнаружили 33 семейства белков, общих для двух или более изученных паразитов, – многообещающих кандидатов для создания лекарств от инфекций, вызываемых простейшими.

Babesia divergens – внутриклеточный паразит, довольно близкий родственник малярийного плазмодия, – вызывает болезнь, передаваемую через укусы клещей. В ходе эволюции бабезии в ее митохондриях разорвалась связь между транспортом веществ и циклом генерации энергии. Из-за этого бабезия потеряла один из ключевых ферментов дыхания, но приобрела другие белки. Кроме того, у нее были обнаружены сразу две изоформы (различающиеся копии) важного митохондриального фермента изоцитратдегидрогеназы.

Трипаносома Брюса (Trypanosoma brucei) – возбудитель сонной болезни, и непатогенная для человека лейшмания Leishmania tarentolae принадлежат к одному семейству жгутиковых простейших. Их митохондриальные протеомы содержат около 1700 белков, большинство из которых не имеют гомологов у высших эукариот, включая человека. Оба вида служат важными биологическими моделями и содержат единственную на всю клетку гигантскую митохондрию с необычной дискообразной структурой (кинетопластом), где упакована вся митохондриальная ДНК. На основе изучения белков кинетопласта исследователи показали, как шла эволюция этой необычной группы.

Митохондрии кишечной лямблии (Giardia lamblia), которая ежегодно заражает около 280 млн человек, полностью утратили свой геном и ферменты для выработки энергии. Но лямблии сохраняют родственные митохондриям органеллы, где собираются железосерные кластеры, без которых этот паразит не может получать энергию другим путем. Ученые, определив все белки этих органелл, обнаружили, что их функции шире, но все же далеки от роли «энергетической станции».

Еще один изученный объект – Acanthamoeba castellanii, свободноживущая амеба, вызывающая тяжелую инфекцию глаз. С точки зрения эволюции она относится к внешней группе по отношению к животным и грибам.

Митохондрии акантамебы оказались необычайно сложными. Как и у человека, они используют кислород при производстве молекул АТФ, но обладают и резервным источником энергии – ферментом гидрогеназой. Когда кислорода не хватает, этот фермент позволяет митохондриям вырабатывать вместо воды газообразный водород. Это редкий пример органеллы, которая совмещает кислородное дыхание с анаэробными механизмами.

Изучение всех этих одноклеточных организмов было не конечной целью, а стартовой площадкой: используя полученные данные, ученые переобучили классификатор на основе белковой языковой модели. Это позволило предсказать состав белков митохондрий еще у 200 видов эукариот и детально описать эволюционные траектории этой органеллы – от взрывного расширения до радикального сокращения семейств генов.

У исследованных простейших обнаружились общие биохимические пути, которые когда-то были у первых митохондрий, но отсутствуют в человеческих. А некоторые организмы приобрели уникальные адаптации, такие как способность функционировать в бескислородной среде или полная потеря митохондриального генома.

Проследив эволюцию митохондрий на протяжении 2 млрд лет и объединив собственные данные с результатами других наблюдений, ученые реконструировали митохондриальный протеом последнего общего предка современных эукариот (LECA). Вопреки ожиданиям, эта древнейшая митохондрия оказалась не примитивной, а очень сложной и метаболически гибкой, способной вырабатывать энергию как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Что же касается создания противопаразитарной терапии на основе результатов исследования протеома митохондрий, то пока эта работа находится на ранней стадии. Между выявлением у паразитов потенциальной белковой мишени и созданием безопасного для пациентов лекарства лежит долгий путь, но первый шаг уже сделан.

Фото: https://www.flickr.com

Публикации по теме:

Папа, мама, мама и я

Пластиды: от растений до морских слизней и мозговых паразитов

Паразитоз от А до Т

: 07.10.2026