Des millions de personnes dans le monde sont touchées par la maladie du sommeil africaine, la maladie de Chagas et d'autres infections potentiellement mortelles causées par des parasites microscopiques portés par des insectes tels que la mouche tsé-tsé.
Chacun des parasites à cellule sous-jacents – Trypanosoma brucei et ses proches – a un flagelle, un appendice fouetté qui est essentiel pour déplacer, infecter les hôtes et survivre dans différents environnements.
Maintenant, une équipe de recherche au California Nanosystems Institute de l'UCLA, ou CNSI, a appliqué l'imagerie atomique de pointe et la modélisation dirigée par l'IA pour créer la carte 3D la plus détaillée à ce jour du flagellum sur Trypanosoma Brucei, qui provoque une maladie du sommeil. L'étude, publiée dans la revue Science, identifié 154 protéines différentes qui composent le flagelle, dont 40 qui sont uniques au parasite.
En capturant les moteurs moléculaires qui conduisent le mouvement du parasite pendant un état de transition clé, les chercheurs ont développé un nouveau modèle pour la façon dont ils nagent dans le sang et les tissus. Les résultats ont mis en lumière un mécanisme critique essentiel à la survie de Trypanosoma Brucei, à la transmission des hôtes et des processus pathologiques. Cette vision détaillée des flagelles du parasite pourrait aider à progresser dans le traitement de la maladie qu'ils provoquent.
Notre étude fournit un plan moléculaire complet du cadre structurel du flagelle, expliquant comment son mouvement est alimenté au niveau atomique. En tirant parti de la modélisation structurelle axée sur l'IA, nous avons découvert des protéines uniques spécifiques aux parasites qui contribuent à l'architecture et à la fonction flagellaires. «
Z. Hong Zhou, auteur de co-correspondProfesseur de microbiologie, d'immunologie et de génétique moléculaire au Collège UCLA et directeur fondateur du CNSI Electron Imaging Center for Nanosystems, ou EICN
Comment le parasite a été cartographié en utilisant le cryoem
La technique d'imagerie utilisée dans l'étude était la microscopie à électron cryogénique, ou cryoem, dans laquelle les échantillons biologiques congelés sont sondés avec des électrons pour révéler des détails impossibles à capturer avec une lumière visible. Les cartes générées avec Cryoem ont reçu une analyse plus approfondie à l'aide d'outils d'intelligence artificielle, tels qu'un algorithme pour prédire la forme d'une protéine basée sur les acides aminés qui le ralentissent.
Les scientifiques ont découvert que de minuscules structures moteur dans le flagellum du microbe créaient un mouvement en agissant de manière coordonnée, similaire à la façon dont les rameurs dans un bateau de dragon synchronisent leurs accidents vasculaires cérébraux pour se déplacer dans l'eau.
« Les trypanosomes ont évolué des mouvements spécialisés pour survivre à la fois dans la mouche tsé et la circulation sanguine humaine, faisant de leur flagellum une caractéristique centrale de leur biologie », a déclaré l'auteur de co-correspondant Kent Hill, professeur de microbiologie, d'immunologie et de génétique moléculaire de l'UCLA et un membre du CNSI. « En comprenant comment leurs caractéristiques structurelles uniques contribuent au mouvement, nous avons un aperçu des aspects fondamentaux de l'adaptation des parasites et des interactions hôtes. »
Ce film montre une carte tridimensionnelle de l'unité structurelle de base dans le flagellum du parasite Trypanosoma Brucei, avec diverses protéines mécaniques et moteurs marquées. (Image gracieuseté: California Nanosystems Institute)
Implications futures potentielles de la vision de cryoem détaillée du parasite
La maladie du sommeil se manifeste initialement comme de la fièvre, des maux de tête, des douleurs articulaires et des démangeaisons. Une fois que le parasite a atteint le système nerveux central, la maladie peut progresser pour stimuler les symptômes neurologiques graves.
L'étude peut fournir des cibles potentielles pour les thérapies qui éliminent efficacement le parasite ou bloquent sa transmission aux humains, ainsi que de donner des indices sur la façon de traiter les maladies causées par d'autres microbes connexes.
Au-delà du traitement médical, les informations sur un microbe interrompu pourraient avoir des impacts tels que l'élucidation des détails des étapes antérieures de l'évolution et des ingénieurs inspirants qui empruntent à la nature pour informer leurs conceptions.
Le premier auteur de l'étude est Xian Xia, un ancien chercheur postdoctoral et a récemment promu un scientifique de projet à l'UCLA. Les autres coauteurs sont Michelle Shimogawa, Hui Wang, Samuel Liu, Angeline Wijono, Gerasimos Langousis, Ahmad Kassem et James Wohlschlegel, tous d'Ucla.
L'étude a été soutenue par les National Institutes of Health et la National Science Foundation, avec la collecte et le traitement des données effectuées à l'EICN.
