توکسوپلاسما گوندی یک میکرو ارگانیسم تک سلولی است؛ که طبق آمار، حدود یک سوم از جمعیت جهان آلوده به این انگل هستند. انگلی که از راه غذای آلوده و محصولات باغبانی برداشت شده، قابل انتقال است. این انگل برای ایجاد عفونت مزمن در بافت مغزی و ماهیچه، نیازمند تغییر یافتن و تبدیل به حالت مزمن است. نحوه ی تغییر این انگل ناشناخته بود؛ تا اینکه والدمن وهمکارانش با انتشار گزارشی در مجله ی Cell ، ژنی که تنظیم کننده ی تمایز را رمزگذاری می کند، شرح دادند.
راه های آلودگی ناشی از توسکوپلاسما گوندی
توکسوپلاسما گوندی، توانایی آلوده کردن هر حیوان خونگرمی را دارد. عفونت های انسانی، از طریق خوردن گوشت آلوده ی دام ها، غذا و آب آلوده ایجاد می شود.
چرخه ی زندگی توکسوپلاسما گوندی
این انگل بعد از ورود به بدن میزبان، طی دو هفته ازفرم تاکیوزیت (فرم حاد) به برادیزوئیت(فرم مزمن) تبدیل شده و عفونت مزمن را ایجاد می کند. برادیزوئیت، کیستی متشکل از دیواره ی ضخیم قندی و پروتئینی، را تشکیل می دهد که در دیواره ی سلول های میزبان قرار می گیرد. دیواره از کیست محافظت کرده و آن را غیر قابل نفوذ می کند؛ به همین دلیل است که اثرات داروها و سیسیتم ایمنی بدن را مختل می کند.
چگونگی تبدیل توکسوپلاسما و ایجاد عفونت مزمن. توکسوپلاسما گوندی انسان را آلوده می کند و تهدید کننده ی زندگی اوست. در مراحل اولیه ی عفونت، انگل به شکل تاکیوزیت حاد در جریان خون وجود دارد. تاکیوزیت داخل واکوئلی قرار گرفته است؛ این واکوئل حاوی تاکیوزیت توسط سلول های میزبان جذب شده و باعث متلاشی شدن سلول های میزبان و پیشروی در بقیه سلول ها می شود. در مرحله بعد، انگل وارد مغز شده، باعث عفونت مزمن می گردد. چنین عفونتی در اثر تمایز تاکیوزیت به برادیزوئیت اتفاق می افتد. والدمن و همکارانش گزارش می دهند که برای تمایز ، ژن BDF1 لازم است. در هر دو مرحله ی حاد و مزمن این ژن توسط mRNA رونویسی می شود. با این حال پروتئین رمزشده BDF1 برای عفونت مزمن ساخته می شود. BDF1 یک پروتئین فاکتور رونویسی است که برای بیان ژن های ایجاد تمایز به برادیزوئیت لازم است.
مقاله مرتبط: بالاخره راهی که توکسوپلاسما (انگل گربه) با آن پاسخ‌های ما را کنترل می‌کند، پیدا شد
اگرچه عفونت توکسوپلاسما گوندی در جمعیت های انسانی بسیارگسترده است؛ اما حالت خاموش فرم برادیزوئیتی که به فرم فعال تاکیوزیت برنمی گردد، آسیب زا نمی باشد.
این عفونت برای جنین های تازه متولد شده و افرادی که سیستم ایمنی آن ها سازش پذیر نیست، می توانند تهدید کننده ی زندگی باشد. علاوه بر این در ایالت متحده ی آمریکا، حدود ۲ درصد از عفونت های توکسوپلاسما گوندی منجر به مشکلات بینایی و نابینایی می شود.
تکنیک کریسپر بر روی انگل توکسوپلاسما گوندی
برای کشف سیگنال کنترل کننده ی فرم برادیزوئیت، والدمن وهمکارانش بیان ژن توکسوپلاسما گوندی برای پروتئین فلورسنت مشابه کیست را مهندسی کردند. نظارت بر پروتئین های فلورسنت با استفاده از میکروسکوپ ها وتکنولوژی های cell-sorting (پروسه ای برای جداسازی سلول ها)، روشی برای ارزیابی اینکه آیا انگل به فرم مرتبط با عفونت مزمن تمایز یافته است یا خیر. قرارگیری در معرض استرس و محیط کشتی که شاملPH قلیایی است، سبب تمایز انگل به فرم برادیزوئیتی می شود. متخصصان از تکنیک ویرایش ژن کریسپر(CRISPR) برای ژن های انتخاب شده که این تمایز را ایجاد می کرد، استفاده کردند تا در نتایج حاصل ارزیابی کنند؛ آیا هرژنی بر تمایز اثر می گذارد یا خیر. نتایج شگفت انگیز و صریح بود. اختلال در روند بیان یک ژن از آن ها منجر به عدم تمایز انگل به فرم برادیزوئیتی می شود.
BDF1 فاکتور رونویسی متعلق به خانواده ی پروتئینی حاوی دومین Myb ، این ژن را کد گذاری می کند.
آیا مکانیسم دمین Myb در همه ی انگل ها یکسان است؟
والدمن وهمکاران نشان دادند؛ دمین Myb برایBDF1، عامل محرکی برای تمایز به فرم برادیزوئیت است.
این مکانیسم بسیار جالب است؛ زیرا همین دمین Myb در انگل دیگری به نام ژیاردیا لامبیا، سبب کنترل تشکیل کیست در حالت عفونت مزمن می شود. علاوه بر این، عضو دیگری از خانواده ی پروتئین ها که حاوی دمینMyb است، سبب گسترش انگل پلاسمودیوم در گلبول های قرمز می شود. انگل توکسوپلاسما گوندی، علاوه بر پروتئینBDF1 ، پروتئین های دمین Myb دیگری را نیز رمزگذاری می کند که بررسی عملکرد و مکانیسم آن ها باید در اولویت مطالعات قرارگیرند.
والدمن وهمکارانش دریافتند توکسوپلاسمای فاقدBDF1، قادر به ایجاد عفونت مزمن در موش ها نمی باشد.
هنگام کار روی بیان ژن BDF1 دانشمندان برخلاف آنچه که انتظار داشتند؛ مشاهده کردند که mRNA کد کننده یBDF1 در سطوح مشابهی هم در حالت حاد و هم در عفونت مزمن بیان شده است. حضورBDF1 برای تمایر انگل به فرم برادیزوئیت کافی است وmRNA کدکننده ی BDF1 در مرحله ی عفونت مزمن به طور انتخابی به پروتیئن ترجمه می شود. با استفاده از این یافته ها والدمن و همکارانش، فرمی ازBDF1 در توکسوپلاسما را که در یک ترکیب خاصی ظاهر می شو،د مهندسی کردند. مطابق با مدل سازی متخصصان مشخص شد؛ که تثبیت ترکیب حاوی BDF1، سبب تمایز انگل به فرم برادیزوئیت می شود. کشف این پدیده این سوالی را ایجاد می کند.
چگونه ترجمه ی BDF1 ،mRNA را کدگذاری می کند؟
ممکن است پاسخ به استرس باعث ایجاد عفونت مزمن شود.
همانطور که انتظار می رفت، متخصصان این موضوع را مشاهده کردند. انگل ها پس از چند دوره تکثیر در سلول های میزبان در شرایط آزمایشگاهی(in vitro) به هنگام قرارگیری در شرایط استرس زا به برادیزوئیت ها تمایز می یابند.(استرس در محیط in vivo ناشی از واکنش سیستم ایمنی بدن میزبان است.)
مکانیسم چرخه
این فرآیند برای تمامی سول های کشت داده شده و حتی سلول های بدن میزبان، همزمان اتفاق نیافتاده است. بنابراین محققان از مشخصات RNA تک سلولی وBDF1، برای توضیح بیان ژن مربوط به تمایز استفاده کردند.
آن ها مناطقی از ژن را که BDF1 به آن جا متصل می شد بررسی کردند. به طور رضایت بخش همانطور که برای فاکتور رونویسی پیش بینی می شد، برای BDF1 نیز مناطقی به نام منطقه شروع رونویسی وجوددارد؛ که به هنگام تمایز این انگل، این مناطق نسبت به سایر مناطق ژن بیش از حد طبیعی بیان شده است.
ابهامات جدید در تمایز به فرم برادیزوئیت
بسیاری از سؤالات در مورد BDF1 تنظیم تمایز بی پاسخ مانده اند، اینکه چگونه ممکن است سریع تراز گروه فاکتورهای رونویسی قبلا شناسایی شده به نام ApiAP2s عمل کنند، که برای تمایز مهم، اما کافی نیستند. توجه به اینکه BDF1 احتمالاً با کنترل ترجمه تنظیم می شود، رویکردهایی که میزان RNA سلول های منفرد را تعیین می کنند ممکن است برای شناسایی گروه کاملی از عوامل ایجاد تمایز کافی نباشد.
راه دیگر برای بررسی کنترل ترجمه، مشخصات BDF1 متصل به دستگاه ترجمه مجموعه ریبوزوم است. این روش قبلاً برای توکسوپلاسما گوندی مورد استفاده قرار گرفته است و برای مطالعه برادیزوئیت ها باید مطالعه گردد.
برادیزوئیت ها هم اکنون می توانند در سلولهای میزبان رشد یافته ودر شرایط آزمایشگاهی نگهداری شوند؛ بدون اینکه بر سلولهای میزبان تأثیر منفی بگذارند، و افق های جدیدی برای آزمایش های جدید ایجاد می کنند.
ارزیابی عفونت با هوش مصنوعی و سلول های بنیادی
هیجان انگیز است می توان با استفاده از رویکرد فناوری های مهار سلول های بنیادی(سلول های عصبی را ایجاد می کنند.) برای مهار عونت مغز نیز استفاده کرد. کریسپر راهی برای آزمایش نقش ژن های میزبان ارائه می دهد و این روش همچنین می تواند توکسوبلاسما گوندی درهردوشرایط in vivo و in vitro مورد هدف قرار دهد. در دسترس بودن این تکنیک ها زمینه را برای اکتشافات جدید در مورد اثر متقابل انگل، میزبان و سیستم ایمنی بدن در طی مراحل حاد و مزمن عفونت فراهم می کند. گسترش روش های هوش مصنوعی که امکان ارزیابی رایانه محور از تفاوت های پیچیده و ظریف در تصاویرتوکسوپلاسما گوندی روش دیگری برای ارزیابی فرایند عفونت را فراهم می کند.
با توجه به اینکه برادیزوئیت ها مهمترین و چالش برانگیزترین مرحله از چرخه زندگی توکسوپلاسما گوندی برای مقابله با بیماری انسان است، هدف قرار دادن BDF1 پتانسیل واقعی را برای د پیشرفت در تولید دارو یا واکسن نشان می دهد. کشف یک ژن که می تواند بر آن ها نظارت داشته باشد، همه ما را به حل معماهای این عفونت مزمن نزدیک می کند.
