Каждый год малярией заболевают сотни миллионов человек. Инфекция начинается, когда крошечный паразит Plasmodium falciparum проникает внутрь эритроцитов — красных клеток крови.
Ключевую роль в заражении играет структура в виде молекулярного «якоря», которую паразит вонзает в мембрану клетки-хозяина, а затем, упираясь в него, затягивает себя внутрь. Долгие годы ученые не могли разглядеть этот якорь в деталях: он существует всего 60-90 секунд и крайне нестабилен.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell, ученые из США смогли обойти это препятствие. С помощью ингибитора актина (белка, отвечающего за движение) они остановили паразитов на поверхности клеток крови сразу после формирования соединения. Затем выделили комплекс из мембраны, чтобы сфотографировать его с помощью криоэлектронной микроскопии.
Оказалось, что ученые столкнулись со сложным комплексом из четырех паразитических белков: AMA1, RON2, RON4 и RON5. «Корпус» из белков RON расположен внутри красной кровяной клетки, а белок AMA1 «торчит» снаружи, соединяя паразита с мембраной хозяина. Внутри клетки RON2, RON4 и RON5 образуют массивную платформу, которая связывается с мембраной и внедряет в нее семь спиралей.
Интересно, как устроен этот корпус. Его внутренняя поверхность плотно покрыта положительно заряженными аминокислотами, которые из-за этого «прилипают» к отрицательно заряженной мембране. Семь спиралей проникают в липидный слой, нарушая его упаковку. А крупные неструктурированные участки RON2 и RON4, занимающие почти половину их длины, создают дополнительное давление, выгибая мембрану наружу.
Понимание структуры позволило сделать следующий шаг. Используя программу BindCraft, исследователи спроектировали 180 вариантов маленьких искусственных белков, которые должны были занять место RON2 в гидрофобном «кармане» на поверхности AMA1. После отбора они оставили 10 кандидатов, проверили их экспрессию в бактериях и выбрали наиболее стабильный белок, названный A2.
Когда A2 добавили к паразитам, готовящихся к вторжению, он остановил заражение. При этом на уже зараженные клетки белок не действовал — значит, он атакует именно процесс проникновения, а не просто убивает паразита. Контрольные эксперименты подтвердили, что A2 связывается именно с AMA1.
Это исследование, по мнению его авторов, может стать первым шагом к созданию новых лекарств от малярии. Пусть эффективность A2 пока невысока, сам подход открывает новые перспективы для понимания того, как другие паразиты — например, возбудитель токсоплазмоза — проникают в клетки.