Трипаносома бруцеи: Африкалық ұйықтама ауруының қоздырғышы

Кіріспе

Трайпанозома брусей – Сахаралық Африкаға тән трипанозома туысына жататын паразиттік кинетопластидтер түрі. Қан және тіндік жасушаларды зарарлайтын басқа протозоялық паразиттерден өзгеше, ол жасушадан тыс тіршілік етеді және қан плазмасында, дене сұйықтықтарында қоныстанады. Ол қауіпті векторлық жұқпалы ауруларды қоздырады: адамдарда – африкалық трипаносомиазы немесе ұйқы ауруы, мал мен жылқыларда – жануарлар трипаносомиазы немесе нагана. Бұл түр кешені үш түршеге бөлінеді: T. b. brucei, T. b. gambiense және T. b. rhodesiense. Біріншісі – адам емес сүтқоректілердің паразиті және нагананы тудырады, ал соңғы екеуі зооноздық, адамдар мен жануарларды зарарлайды және африкалық трипаносомиазды қоздырады. T. brucei сүтқоректілер арасында әртүрлі сетіл құсы (Glossina) түрлеріне жататын жәндіктер арқылы таралады. Жұғу жәндіктің қан сору кезінде тістеу арқылы жүзеге асады. Паразиттер өмірлік циклі барысында жәндік пен сүтқоректі арасында күрделі морфологиялық өзгерістерге ұшырайды. Сүтқоректілердің қан ағынындағы түрлері жасуша бетіндегі, түрленетін беттік гликопротеиндерімен ерекшеленеді, олардың антигендік қасиеттері өте өзгергіш, бұл иесінің адаптивті иммунитетінен ұзақ қашуға және созылмалы инфекцияға әкеледі. T. brucei – қан-ми тосқауылын (гематоэнцефальдық кедергі) өткізе алатын сирек патогендердің бірі. Қазіргі емдеудің ауыр жанама әсерлері болуы және науқас үшін қауіпті болуы мүмкін болғандықтан, жаңа дәрілік терапияны әзірлеу өте қажет. Тарихи тұрғыдан T. brucei түршесі деп есептелмесе де, олардың жұғу жолдары, клиникалық көріністері және кинетопласттық ДНК жоғалтуы әртүрлі болғандықтан, генетикалық талдаулар T. equiperdum және T. evansi T. b. brucei-ге өте ұқсас паразиттерден пайда болғандығын көрсетті және брусей кладының мүшелері болып саналады. Паразит 1894 жылы сэр Дэвид Брюспен ашылған, ал 1899 жылы ғылыми атау алған.

Ерте жазбалар

Ежелгі Мысыр жазбаларында жануарларда ұйқы ауруы кездесетіні сипатталған. Орта ғасырларда араб саудагерлері Африка халқы мен олардың итері арасында ұйқы ауруының кең таралғанын байқаған. 19 ғасырда бұл ауру Оңтүстік және Шығыс Африкадағы маңызды жұқпалы аурулардың бірі болды. Зулу патшалығында (қазіргі Оңтүстік Африканың бір бөлігі) бұл ауру қатты тарап, британдықтар үшін "нагана" деп белгілі болды.

1734 жылы ағылшыз теңіз хирургі Джон Аткинс адамдардағы ұйқы ауруын алғаш рет медициналық тұрғыдан сипаттады. Ол Гвинеядағы "ұйқылы дерт" деп атаған өлім жағдайларын инфекцияға байланыстырды. 1803 жылы тағы бір ағылшыз дәрігері Томас Мастерман Винтерботтом Сьерра-Леонедегі аурудың белгілерін одан да нақтырақ сипаттады. Винтерботтом аурудың негізгі белгісі – мойынның артқы жағындағы лимфа түйіндерінің ісінуі екенін айтты және мұндай ісік пайда болған құлдар саудаға жарамсыз деп есептелді.

Паразитті табу

1894 жылы Корольдік армияның медициналық корпусы Дэвид Брюсті, сол кезде ол Нетлидегі армиялық медициналық мектебінде патология профессорының көмекшісі және армияда капитан шенімен қызмет етіп жүрген, Оңтүстік Африкадағы "нагана" деп аталатын ауруды зерттеуге тағайындады. Бұл ауру жергілікті мал мен британдық армияның жылқыларына ауыр зиян келтіріп жатқан еді. Зерттеудің алтыншы күні Брюс ауру сиырлардың қанынан паразиттерді анықтады. Ол бастапқыда оларды филария (ұсақ дөңгелек құрттар) деп белгіледі, бірақ жыл соңына қарай бұл паразиттердің "гематозоидтар" (протозоидтар) екенін және "нагана" ауруының себебі екенін анықтады. 1899 жылы британдық зоологтар Генри Джордж Плиммер мен Джон Роуз Брэдфорд баспа қатесінің нәтижесінде ғылыми атауды Trypanosoma brucii деп атады. Трипанозома туысын венгр дәрігері Дэвид Груби 1843 жылы бақалардан тапқан T. sanguinis түрін сипаттағанда енгізген болатын.

Аурудың басталуы

Угандада адамдардың жұқтыруының алғашқы жағдайы 1898 жылы тіркелді. 1901 жылға қарай, ол ауырлап, қаза болғандардың саны шамамен 20 000-ға жетеді деп бағаланды. Екі онжылдыққа созылған эпидемияда 250 мыңнан астам адам қайтыс болды. Адамдардың ұйқы ауруы мен нагана бірдей ме, әлде екі аурудың да себебі бірдей паразиттер ме екені белгісіз болды. Тіпті Форд пен Даттонның байқаулары трипаносоманың ұйқы ауруымен байланысты екенін көрсетпеді.

Ұйқы ауруы жөніндегі комиссия

1902 жылғы 10 мамырда Корольдік қоғам Угандадағы эпидемияны зерттеу үшін үш мүшелі ұйқы ауруы комиссиясын құрды. Комиссияға Лондон гигиена және тропикалық медицина мектебінің жетекшісі Джордж Кармайкл Лоу, оның әріптесі Альдо Кастеллани және Үндістанның Бомбей қаласында қызмет ететін медициналық офицер Катберт Кристи кірді. Осы кезде этиологиясы бойынша пікірталас даулы болды, кейбіреулер бактериялық инфекцияны, ал енді біреулер гельминттер инфекциясын жақтады. Алғашқы зерттеулер ұшқыштар арқылы таралатын шағын дөңгелек құрт – Filaria perstans (кейін Mansonella perstans деп аталды) және бактерияларды ықтимал себептер ретінде қарастырды, бірақ эпидемияның осы патогендермен байланысы жоқ екені анықталды. Команда "ұйымдаспаған топ" деп сипатталды, ал экспедиция "сәтсіздікке ұшырады". 1902 жылдың ақпан айында Британдық соғыс басқармасы Корольдік қоғамның сұрауы бойынша Дэвид Брюсті екінші ұйқы ауруы комиссиясын басқаруға тағайындады. Дэвид Нунес Набарромен (Университет колледжінің ауруханасынан) Брюс және оның әйелі 16 наурызда Кастеллани мен Кристиге қосылды. Осы кезде Корольдік қоғам есепті жариялаған еді. 1903 жылдың тамызында Брюс пен оның тобы аурудың цеце-муха, Glossina palpalis арқылы жұғатынын анықтады. Алайда Брюс трипанозоманың тіршілік циклын толық түсінбеді және паразиттердің бір адамнан екінші адамға ғана жұғады деп ойлады. Брюс осы кезеңде трипанозоманың сілекей бездеріне қалай жететінін білуді маңызды мәселе деп санады. Мюриэл Робертсон 1911-1912 жылдар аралығында жүргізген тәжірибелерінде жұтылған трипанозомалардың ұшқыштың сілекей бездеріне қалай жететінін анықтады.

Адамның трипаносомаларын ашу

Британдық колониялық хирург Роберт Майкл Форд адамдағы паразиттерді алғаш рет тапты. Ол оны 1901 жылы Гамбияның Батурст қаласындағы ауруханаға түскен ағылшын бу кемесінің капитанынан анықтады. Тағы бір адам трипанозомасы (қазір T. brucei rhodesiense деп аталады) британ паразитологтары Джон Уильям Уотсон Стивенс және Гарольд Бенджамин Фантаммен ашылды.

Түрлер

T. brucei – бірнеше түрді қамтитын кешен: T. brucei gambiense адамдарда баяу дамитын созылмалы трипаносомозды қоздырады. Бұл ауру Африканың орталық және батыс аймақтарында ең көп кездеседі, онда адамдар негізгі резервуар деп есептеледі. 1973 жылы Дэвид Хёрст Молино бұл штаммның жабайы және үй жануарларында жұқтыратынын алғаш рет анықтады. Бұл ауру барлық африкалық трипаносомоз жағдайларының 98%-ына себепші және дерлік 100% өлімге алып келеді. T. brucei rhodesiense адамдарда жылдам дамитын жедел трипаносомозды қоздырады. Бұл жоғары зооноздық паразит, ол Африканың оңтүстік және шығыс аймақтарында кең таралған, онда жабайы жануарлар мен мал негізгі резервуар болып саналады. Дегенмен, ол адамға жұғатын түрлермен тығыз байланысты және олардың негізгі ерекшеліктерін бөліседі. T. b. brucei сирек жағдай ғана адамға жұғуы мүмкін. Түрлердің құрылымы бойынша айырмашылықты анықтау мүмкін емес, өйткені микроскоп астында олардың барлығы бірдей болып көрінеді. Географиялық орналасуы – басты айырмашылық. Тек 1-ші типті T. b. gambiense-де ғана кездесетін TgsGP гені T. b. gambiense штамдарының ерекше белгісі болып табылады. Бұл түрлер монофилия құру үшін қажетті деп саналатын көптеген ерекшеліктерден мүше болмайды.

Этимология

Тұқым атауы екі грек сөзінен туындайды: τρυπανον (trypanon немесе trupanon), яғни "тесіп өтетін" немесе "бұрғы", бұл кранша тәрізді қозғалысқа сілтеме жасайды; Түрлік атауы 1894 жылы паразиттерді ашқан Дэвид Брюстің құрметіне берілген. Кинетопласт базальды денеге жақын орналасқан, микроскоппен оны ажырату мүмкін емес. Базальды денеден алдыңғы жаққа қарай созылатын бір флагеллум пайда болады. Флагеллум дене бетімен жасуша мембранасына бекітіліп, толқынды мембрананы құрайды. Флагеллумның алдыңғы ұшы ғана бос. Қан ағынындағы жасуша бетінде өзгермелі беттік гликопротеиндердің (VSG) тығыз қабаты орналасқан, ол паразит цеце құсының ортаңғы ішегінде проциклді фазаға ауысқанда, сондай тығыз проциклиндер қабатымен алмастырылады. Трипанозоматидтерде клеткалық ұйымдастырудың бірнеше кластары бар, олардың екеуін T. brucei өмірлік циклінің әртүрлі кезеңдерінде пайдаланады: кинетопластидтерге, эугленоидтарға және динофлагелляттарға тән ақуыздардың торлы құрылымы. Флагеллум аксонемасының микротубулалары қалыпты 9+2 орналасуда, + ұшы алдыңғы жағында, - базальды денеде орналасқан. Цитоскелеттік құрылым базальды денеден кинетопластқа дейін созылады. Флагеллум төрт мамандандырылған микротубула арқылы негізгі жасуша денесінің цитоскелетіне байланысты, олар флагеллум түтікшесімен параллель және бір бағытта орналасқан. Флагеллумның функциясы екі еселі – адам қан ағыны мен цеце құсының ішегінде флагеллум мен жасуша денесінің тербелісі арқылы қозғалу, сондай-ақ эпимастигота кезеңінде құстың сілекей безінің эпителийіне бекіну. Флагеллум аксонема тербелісін тудырады, ал толқынды мембрана бойымен флагеллум толқыны пайда болады, нәтижесінде дене спираль тәрізді қозғалады. Басқа трипанозомалар сіңірген кезде бұл ЭВ-лер (экзовезикулалар) аймақтан және қолайсыз ортадан қашықтатуға себеп болады. Олар дене бетіндегі өзгермелі беттік гликопротеиндерді өндіру арқылы иесінің иммундық жүйесінен қорғалады. Кейде жабайы жануарлар цеце құсынан жұғады және олар резервуар ретінде қызмет етеді. Бұл жануарларда ауру дамымайды, бірақ тірі паразиттер қалыпты иелеріне қайта жұғуы мүмкін. Ұзынша және жіңішке трипомастиготалар (ҰЖТ) цеце құсының қан сору кезінде сіңіріледі. Проциклді трипомастиготалар перитрофтық матрицаны кесіп өтеді, сәл ұзарады және көбеймейтін ұзын мезоциклді трипомастиготалар ретінде ортаңғы ішектің алдыңғы бөлігіне миграциялайды. Провентрикулға жеткенде олар жұқарып, цитоплазмалық қайта құрылымдалуға ұшырайды, нәтижесінде көбейгіш эпимастиготалар пайда болады. Ұзынша эпимастиготалар провентрикулдан алдыңғы ішек және сопақша арқылы сілекей бездеріне миграциялайды, онда олар сілекей безінің эпителийіне бекінеді. Сілекей бездерінде тірі қалғандар көбейеді. Алғашқы цикл тең митоз арқылы жүзеге асады, онда аналық жасуша екі ұқсас қыз эпимастиготаларды тудырады. Олар эпителийге жабысып қалады. Бұл фаза сілекей безінде паразиттердің жеткілікті санын қамтамасыз ету үшін бірінші сатыдағы инфекцияның негізгі көбею кезеңі болып табылады. Трипомастиготалар эпителийден бөлініп, ҰЖТ-ға айналады. Жер бетіндегі проциклиндер VSG-мен алмастырылады және жұқпалы метациклді трипомастиготаларға айналады.

The genus name is derived from two Greek words: τρυπανον (trypanon or trupanon), which means "borer" or "auger", referring to the corkscrew like movement; The specific name is after David Bruce, who discovered the parasites in 1894. The kinetoplast lies near the basal body with which it is indistinguishable under microscope. From the basal body arises a single flagellum that run towards the anterior end. Along the body surface, the flagellum is attached to the cell membrane forming an undulating membrane. Only the tip of the flagellum is free at the anterior end. The cell surface of the bloodstream form features a dense coat of variant surface glycoproteins (VSGs) which is replaced by an equally dense coat of procyclins when the parasite differentiates into the procyclic phase in the tsetse fly midgut. Trypanosomatids show several different classes of cellular organisation of which two are adopted by T. brucei at different stages of the life cycle: a lattice structure of proteins unique to the kinetoplastids, euglenoids and dinoflagellates. The microtubules of the flagellar axoneme lie in the normal 9+2 arrangement, orientated with the + at the anterior end and the − in the basal body. The cytoskeletal structure extends from the basal body to the kinetoplast. The flagellum is bound to the cytoskeleton of the main cell body by four specialised microtubules, which run parallel and in the same direction to the flagellar tubulin. The flagellar function is twofold — locomotion via oscillations along the attached flagellum and cell body in human blood stream and tsetse fly gut, and attachment to the salivary gland epithelium of the fly during the epimastigote stage. The flagellum propels the body in such a way that the axoneme generates the oscillation and a flagellar wave is created along the undulating membrane. As a result, the body moves in a corkscrew pattern. When absorbed by other trypanosomes these EVs cause repulsive movement away from the area and so away from bad environments. They are protected from the host's immune system by producing antigentic variation called variant surface glycoproteins on their body surface. Sometimes, wild animals can be infected by the tsetse fly and they act as reservoirs. In these animals, they do not produce the disease, but the live parasite can be transmitted back to the normal hosts. The short and stumpy trypomastigotes (SS) are taken up by tsetse flies during a blood meal. The procyclic trypomastigotes cross the peritrophic matrix, undergo slight elongation and migrate to the anterior part of the midgut as non proliferative long mesocyclic trypomastigotes. As they reach the proventriculus, they became thinner and undergo cytoplasmic rearrangement to give rise to proliferative epimastigotes. The short epimastigote migrate from the proventriculus via the foregut and proboscis to the salivary glands where they get attached to the salivary gland epithelium. In the salivary glands, the survivors undergo phases of reproduction. The first cycle in an equal mitosis by which a mother cell produces two similar daughter epimastigotes. They remain attach to the epithelium. This phase is the main reproduction in first stage infection to ensure sufficient number of parasites in the salivary gland. The trypomastigote detach from the epithelium and undergo transformation into short and stumpy trypomastigotes. The surface procyclins are replaced with VSGs and become the infective metacyclic trypomastigotes.

Бинарлық бөліну

Т. brucei-дің көбеюі көптеген эукариоттарға қарағанда ерекше. Ядролық мембранасы бұзылмайды және митоз кезінде хромосомалар конденсацияланбайды. Базальды дене, көптеген эукариоттық жасушалардың центросомасынан өзгеше, ораудың (шпиндельдің) ұйымдастырылуына қатыспайды, керісінше кинетопластың бөлінуіне қатысады. Көбею процесінің кезеңдері: Бірақ бұл толық өмірлік цикл үшін міндетті емес. 2011 жылы мейозға тән белоктардың бар екені хабарланды. Гаплоидты гаметтер (мейоз нәтижесінде пайда болатын қыз жасушалар) 2014 жылы ашылды. Гамет сияқты гаплоидты трипомастиготалар өз флагеллумдары арқылы бір-бірімен әрекеттесе алады және жасушалық бірігуге түседі (бұл процесс сингамия деп аталады). Осылайша, бинарлық бөлінуден басқа, T. brucei жыныстық көбею арқылы да көбейе алады. Трипаносомалар Excavata супертобына жатады және эукариоттар арасындағы ең ерте сатыдағы эволюциялық тарамдардың бірі болып табылады. T. brucei-де жыныстық көбеюдің табылуы мейоз бен жыныстық көбеюдің эукариоттардың ежелгі және кең таралған қасиеттері деген гипотезаны қолдайды.

Инфекция және патогенділік

T. brucei-ді таратушы жәндіктер – цеце шыбықтарының әртүрлі түрлері (Glossina туысы). Батыс Африка ұйқы ауруын қоздыратын T. b. gambiense-тің негізгі таратушылары G. palpalis, G. tachinoides және G. fuscipes болып табылады. Ал Шығыс Африка ұйқы ауруын қоздыратын T. b. rhodesiense-тің негізгі таратушылары G. morsitans, G. pallidipes және G. swynnertoni. Жануарлардағы трипаносомиазды Glossina тұқымдасының оннан астам түрі таратады. Сүтқоректі жануарларға T. brucei жұққанның кейінгі сатыларында паразиттер қаннан лимфа және жұлын сұйықтығына көше алады. Паразиттердің тіндерге енуі нәтижесінде ұйқы ауруы пайда болады. Жұқтырылған аналардан жаңа туған сәбилер де инфекцияға шалдығуы мүмкін (тік немесе туа біткен жұқпа).

Химиотерапия

Африка трипаносомозының бірінші кезектегі емдеуі үшін әдетте төрт препарат ұсынылады: 1921 жылы жасалған сурамин, 1941 жылы жасалған пентамидин, 1949 жылы жасалған меларсопрол және 1990 жылы жасалған эфлорнитин. Бұл препараттар толыққанды тиімді емес және адамдар үшін улы. Сонымен қатар, паразиттерде барлық препараттарға қарсы тұру қабілеті пайда болды. Препараттардың қолданылуы шектеулі, себебі олар *T. brucei*-дің белгілі бір штаммдарына және паразиттердің тіршілік циклінің кезеңдеріне ғана тиімді. Сурамин тек *T. b. rhodensiense* инфекциясының бірінші сатысында, пентамидин *T. b. gambiense* инфекциясының бірінші сатысында және эфлорнитин *T. b. gambiense* инфекциясының екінші сатысында қолданылады. Меларсопрол – екі инфекция сатысында да паразиттің екі түріне қарсы тиімді жалғыз препарат, бірақ өте улы, сондықтан емделген адамдардың 5%-ы мидың зақымдануынан (реактивті энцефалопатия) көз жұмады. Шага ауруына (американдық трипаносомоз) ұсынылатын тағы бір препарат – нифуртимокс – өте әлсіз препарат, бірақ меларсопролмен бірге ол *T. b. gambiense* инфекциясының екінші сатысына қарсы бірінші кезектегі ем ретінде қолданылады. Тарихи тұрғыдан алғанда, мырыш және сынап қосылыстары 20 ғасырдың басында енгізілді, әсіресе жануарлардың инфекцияларында жақсы нәтижелер көрсетті. Неміс дәрігері Пол Эрлих және оның жапондық әріптесі Киёси Шига 1904 жылы трипан-қызыл бояудан алғашқы трипаноцидтік препаратты жасады, оны Трипанрот деп атады. Бұл химиялық препараттар тек жоғары және улы дозаларда ғана тиімді болды және клиникалық қолдануға жарамсыз еді. Жануарлар трипаносомозын емдеу үшін алты препарат қолданылады: диминазен ацетураты, гомидий (гомидий бромиді және гомидий хлориді), изометамидий хлориді, меларосомин, кинопирамин және сурамин. Олардың барлығы жануарлар үшін өте улы, ал препараттарға төзімділік жиі кездеседі. Гомидий – трипанозомаға қарсы қолданылған алғашқы препарат. Ол 1938 жылы ірі қара малдың *T. congolense* паразитіне қарсы трипаноцидтік белсенділігі бар екендігі анықталған фенантридиннің өңделген қосылысы ретінде әзірленді. Оның құрамындағы димидий бромиді және оның туындылары алғаш рет 1948 жылы Африкадағы жануарлардың ауруларын емдеу үшін қолданылды және гомидий (немесе молекулалық биологияда этидий бромиді) деп аталды.

There are four drugs generally recommended for the first line treatment of African trypanosomiasis: suramin developed in 1921, pentamidine developed in 1941, melarsoprol developed in 1949 and eflornithine developed in 1990. These drugs are not fully effective and are toxic to humans. In addition, drug resistance has developed in the parasites against all the drugs. The drugs are of limited application since they are effective against specific strains of T. brucei and the life cycle stages of the parasites. Suram is used only for first stage infection of T. b. rhodensiense, pentamidine for first stage infection of T. b. gambiense, and eflornithine for second stage infection of T. b. gambiense. Melarsopol is the only drug effective against the two types of parasite in both infection stages, but is highly toxic, such that 5% of treated individuals die of brain damage (reactive encephalopathy). Another drug, nifurtimox, recommended for Chagas disease (American trypanosomiasis), is itself a weak drug but in combination with melarsopol, it is used as the first line medication against second stage infection of T. b. gambiense. Historically, arsenic and mercuric compounds were introduced in the early 20th century, with success particularly in animal infections. German physician Paul Ehrlich and his Japanese associate Kiyoshi Shiga developed the first specific trypanocidal drug in 1904 from a dye, trypan red, which they named Trypanroth. These chemical preparations were effective only at high and toxic dosages, and were not suitable for clinical use. Animal trypanosomiasis is treated with six drugs: diminazene aceturate, homidium (homidium bromide and homidium chloride), isometamidium chloride, melarsomine, quinapyramine, and suramin. They are all highly toxic to animals, and drug resistance is prevalent. Homidium is the first prescription anti trypanosomal drug. It was developed as a modified compound of phenantridine, which was found in 1938 to have trypanocidal activity against the bovine parasite, T. congolense. Among its products, dimidium bromide and its derivatives were first used in 1948 in animal cases in Africa, and became known as homidium (or as ethidium bromide in molecular biology).

Альтернативті терапия

Кейбір фитохимиялық заттар *T. b. brucei* штамына қарсы зерттеулерде үміттендірген нәтижелер көрсетті. Aderbauer et al., 2008 және Umar et al., 2010 *Khaya senegalensis*-тің *in vitro* жағдайында тиімді екенін, ал Ibrahim et al., 2013 және 2008 *in vivo* (егеуқұйрықтарда) жағдайында тиімді екенін анықтады. Осылайша, бұл ветеринария үшін өте маңызды мәселе және Африкадағы ауыл шаруашылығының, сондай-ақ Сахара аймағынан оңтүстікке қарайғы Африканың экономикалық өміріндегі ең ірі шектеулердің бірі болып табылады. Ол жыныссыз көбейеді және оның геномында Меселсон эффектісі байқалады. Барлық *T. b. gambiense* трипаносомалық литикалық фактор (TLF) – қан сарысуының құрамындағы өлтіруге қарсы компонентке төзімді, оның екі түрі бар: TLF 1 және TLF 2. 1-топтағы *T. b. gambiense* паразиттері TLF бөлшектерін сіңірмейді, ал 2-топтағылар TLF-тің әсерін бейтараптандыра алады немесе оның салдарына төзе алады. Керісінше, *T. b. rhodesiense*-дегі төзімділік сарысу төзімділігімен байланысты (SRA) геннің экспрессиясына байланысты. Бұл ген *T. b. gambiense*-де табылмайды.

Геном

T. brucei геномы мыналардан тұрады: 1-ден 6 мегабазалық жұпқа дейінгі 11 жұп ірі хромосома, 200-500 килобазалық жұптан тұратын 3-5 аралық хромосома және шамамен 50-ден 100 килобазалық жұпқа дейінгі 100 минихромосома. Бұл минихромосомалар гаплоидты геномда бірнеше рет кездесуі мүмкін. Көптеген гендер ірі хромосомаларда орналасқан, ал минихромосомалар тек VSG гендерін тасымалдайды. Геном секвенирленді және GeneDB-де қолжетімді. Митохондриялық геном кинетопластқа жиынтықталып, кинетопластидтік протозоаларға тән ерекше қасиетті құрайды. Кинетопласт пен қамшының базальді денесі цитоскелеттік құрылым арқылы тығыз байланысты. 1993 жылы T. brucei ядролық ДНК-сында жаңа негіз – ß d глюкопиранозилоксиметилурацил (J негізі) анықталды.

VSG жапсырмасы

T. brucei және басқа да трипанозомалардың беті тығыз сыртқы қабатымен жабылады, оны беткі гликопротеин (VSG) деп атайды. VSG – 60 кДа салмақты ақуыздар, олар тығыз жиналған (~5 x 106 молекула) 12–15 нм беткі қабатын құрайды. VSG димерлері трипанозомалардың барлық жасуша бетіндегі ақуыздарының шамамен 90% құрайды. Сонымен қатар, олар жалпы жасушалық белоктың ~10% құрайды. Осы себепті бұл ақуыздар өте иммуногенді болып табылады және белгілі бір VSG қабығына қарсы тудырылған иммундық жауап осы вариантты білдіретін трипанозомаларды тез өлтіреді. Алайда, әрбір жасушалық бөліну кезінде ұрпақтың экспрессиясын ауыстырып, экспрессияланатын VSG-ны өзгерту мүмкіндігі бар. Осы VSG қабығы жұқтырған T. brucei популяциясына қожайынның иммундық жүйесінен үнемі қашып, созылмалы инфекцияны жүргізуге мүмкіндік береді. VSG өте иммуногенді, ал VSG-нің белгілі бір қабығына қарсы тудырылған иммундық жауап осы вариантты білдіретін трипанозомаларды тез өлтіреді. Антидене арқылы трипанозомаларды жоюды in vitro комплемент арқылы лизистік талдау арқылы да байқауға болады. Дегенмен, әрбір жасушалық бөліну кезінде бір немесе екі ұрпақтың экспрессиясын ауыстырып, экспрессияланатын VSG-ны өзгерту мүмкіндігі бар. VSG ауысу жиілігі әр бөліну бойынша шамамен 0,1% құрайды. T. brucei популяциясы қожайынның ішінде 1011-ге дейін жете алатындықтан, осы жылдам ауысу жылдамдығы паразиттердің популяциясы әдетте өте әртүрлі болады. Қожайын иммунитеті белгілі бір VSG-ға қарсы бірден дамымайтындықтан, кейбір паразиттер антигендік жағынан ерекше VSG варианттарына ауысып, көбейіп, инфекцияны жалғастыра алады. Бұл циклдің клиникалық әсері – паразитемияның (қандағы трипанозомалардың) бірінен соң бірі пайда болатын «толқындары». Экспрессияланатын VSG басқа экспрессиялық орынды белсендіре отырып (солай бұл орында VSG экспрессиясына ауыса отырып) немесе белсенді орындағы VSG генін басқа вариантқа ауыстыра отырып өзгертілуі мүмкін. Геномда миникросомаларда да, хромосомалардың ішкі бөлігінде қайталанатын бөлімдерде («массивтер») де мыңдаған емес, жүздеген VSG гендері бар. Бұл транскрипциялық тұрғыдан үнсіз, әдетте, алынып тасталған бөлімдер немесе ерте тоқтатылған кодондар бар, бірақ жаңа VSG гендерінің эволюциясында маңызды. T. brucei геномның 10% дейін VSG гендері немесе псевдогендерден құралуы мүмкін деп есептеледі. Бұл гендердің кез келгенін экспрессия үшін рекомбинация арқылы белсенді орынға көшіруге болады деп саналады. VSG ауысуын реттеу тек стохастикалық па, әлде қоршаған ортаның ынталандыруы ауысу жиілігіне әсер ете ме, бұл әлі дәлелденбеген. Ауысу екі фактормен байланысты: жеке VSG гендерінің белсенділігінің өзгеруі; және жоғары популяция тығыздығының жағдайларынан туындаған «қысқа, түйіршікті» сатыға дифференциациялау, бұл репродуктивті емес, хосттар арасындағы берілу сатысы. TLF 1 белдік компоненттері – гаптоглобинге байланысты ақуыз (HPR), L1 аполипопротеині (apoL 1) және A1 аполипопротеині (apoA 1). Бұл үш ақуыз фосфолипидтер мен холестеринді қамтитын шар тәрізді бөлшектерде орналасқан. TLF 2 белдік компоненттеріне IgM және аполипопротеин A I жатады. Трипанолитикалық факторлар тек бірнеше түрлерде, соның ішінде адамдарда, гориллаларда, мандрильдерде, бабуиндарда және саңғы мангабэйлерде кездеседі. Бұл гаптоглобинге байланысты ақуыз бен L 1 аполипопротеіні тек приматтарда ғана кездесетіндіктен. Бұл гендер примат геномында пайда болған деген жорамалға негізделген. Адамға жұққыш түрлері T. b. gambiense және T. b. rhodesiense трипанолитикалық факторларға қарсы тұру механизмдерін дамытқан, олар төменде сипатталған.

The surface of T. brucei and other species of trypanosomes is covered by a dense external coat called variant surface glycoprotein (VSG). VSGs are 60 kDa proteins which are densely packed (~5 x 106 molecules) to form a 12–15 nm surface coat. VSG dimers make up about 90% of all cell surface proteins in trypanosomes. They also make up ~10% of total cell protein. For this reason, these proteins are highly immunogenic and an immune response raised against a specific VSG coat will rapidly kill trypanosomes expressing this variant. However, with each cell division there is a possibility that the progeny will switch expression to change the VSG that is being expressed. This VSG coat enables an infecting T. brucei population to persistently evade the host's immune system, allowing chronic infection. VSG is highly immunogenic, and an immune response raised against a specific VSG coat rapidly kills trypanosomes expressing this variant. Antibody mediated trypanosome killing can also be observed in vitro by a complement mediated lysis assay. However, with each cell division there is a possibility that one or both of the progeny will switch expression to change the VSG that is being expressed. The frequency of VSG switching has been measured to be approximately 0.1% per division. As T. brucei populations can peak at a size of 1011 within a host this rapid rate of switching ensures that the parasite population is typically highly diverse. Because host immunity against a specific VSG does not develop immediately, some parasites will have switched to an antigenically distinct VSG variant, and can go on to multiply and continue the infection. The clinical effect of this cycle is successive 'waves' of parasitemia (trypanosomes in the blood). The expressed VSG can be switched either by activating a different expression site (and thus changing to express the VSG in that site), or by changing the VSG gene in the active site to a different variant. The genome contains many hundreds if not thousands of VSG genes, both on minichromosomes and in repeated sections ('arrays') in the interior of the chromosomes. These are transcriptionally silent, typically with omitted sections or premature stop codons, but are important in the evolution of new VSG genes. It is estimated up to 10% of the T. brucei genome may be made up of VSG genes or pseudogenes. It is thought that any of these genes can be moved into the active site by recombination for expression. It remains unproven whether the regulation of VSG switching is purely stochastic or whether environmental stimuli affect switching frequency. Switching is linked to two factors: variation in activation of individual VSG genes; and differentiation to the "short stumpy" stage triggered by conditions of high population density which is the nonreproductive, interhost transmission stage. The protein components of TLF 1 are haptoglobin related protein (HPR), apolipoprotein L 1 (apoL 1) and apolipoprotein A 1 (apoA 1). These three proteins are colocalized within spherical particles containing phospholipids and cholesterol. The protein components of TLF 2 include IgM and apolipoprotein A I.

Trypanolytic factors are found only in a few species, including humans, gorillas, mandrills, baboons and sooty mangabeys. This appears to be because haptoglobin related protein and apolipoprotein L 1 are unique to primates. This suggests these genes originated in the primate genome
Human infective subspecies T. b. gambiense and T. b. rhodesiense have evolved mechanisms of resisting the trypanolytic factors, described below.

АПЛ1

ApoL1 – тандемдік дупликация нәтижесінде пайда болған алты гендік отбасы, ApoL16 мүшесі. Бұл ақуыздар әдетте жаңашырдың апоптозына немесе аутофагиялық өліміне қатысады және Bcl-2 гомологиялық домені 3-ке ие. ApoL1 трипанолиз процесіндегі уытты компонент ретінде анықталды. ApoL-дар жақында селективті эволюцияға ұшырады, бұл патогендерге қарсы тұрумен байланысты болуы мүмкін. ApoL1-ді кодтайтын ген 22-хромосоманың (22q12.3) ұзын қолда орналасқан. Бұл геннің G1 және G2 деп аталатын варианттары *T. b. rhodesiense*-ге қарсы қорғаныс қамтамасыз етеді. Бұл гломерулопатия африкалық популяцияларда гипертонияның жоғары таралуын түсіндіруге көмектеседі. Ген 383 қалдықтан тұратын белокты кодтайды, оның ішінде 12 аминқышқылынан тұратын стандартты сигналдық пептид бар. Плазмадағы белок – 42 килодальтондық молекулалық массасы бар бір тізбекті полипептид. ApoL1 бактериялық колициндерге функционалды ұқсас мембраналық тесік құру доменіне ие. Бұл домен мембранаға бағыттаушы доменмен шектеледі, және бұл екі доменнің де паразиттерді өлтіру үшін қажеттігі анықталды. Бүйректе ApoL1 гломерулалардағы подциттерде, проксимальді түтікше эпителийінде және артериолалық эндотелийде табылады. Ол фосфатид қышқылы мен кардиолипинге жоғары бейімділікке ие және интерферон-гамма және ісік некрозы факторы альфамен ынталандырылуы мүмкін.

ЖҚТ

Hpr гемоглобинге (Hb) жоғары туыстықпен ие болатын, көп мөлшерде кездесетін және жедел фазадағы сарысудағы гаптоглобинге (Hp) 91% ұқсас. Hb эритроциттердің қан тамырлары ішінде жүзеге асырылатын гемолизі кезінде босатылғанда, Hp Hb-мен кешен құрастырады және олар CD163 қоқыс жинағыш рецепторы арқылы қан ағынынан алынып тасталады. Hp–Hb кешенінен өзгеше, Hpr–Hb кешені CD163-ке байланыспайды және гемолиз Hpr сарысу концентрациясына әсер етпейді.

Өрт сөндіру механизмі

Гемоглобинмен байланысқан ГПР, ТЛФ 1-нің трипаносомалық гаптоглобин гемоглобин рецепторы (TbHpHbR) арқылы байланысуына және сіңуіне мүмкіндік береді. ТЛФ 2 TbHpHbR-ге тәуелсіз түрде трипаносомаларға еніп, сіңеді. Трипаносомалық гаптоглобин гемоглобин рецепторы – кішкентай мембранаға қарай созылған үш спиральді құрылымнан тұрады. Бұл белок паразитті қоршап тұрған гликопротеин қабатынан жоғарырақ орналасқан. Өлім механизмінің алғашқы қадамы – ТЛФ-тің паразиттегі флагеллярлық қалтада орналасқан жоғары сәйкестікке ие рецепторларға – гаптоглобин гемоглобин рецепторларына байланыстыруы. Байланысқан ТЛФ қапталған везикулалар арқылы эндоцитозға түсіп, содан кейін паразит лизосомаларына жеткізіледі. ApoL1 – ТЛФ-тің негізгі өлімге алып келетін факторы және эндосомалық/лизосомалық мембраналарға енгеннен кейін трипаносомаларды өлтіреді.

Қарсылық механизмдері: T. b. gambiense

Trypanosoma brucei gambiense адамдардағы ұйқы ауруының 97% жағдайына себеп болады. ApoL1-ге қарсы тұру негізінен T. b. gambiense-ге тән гликопротеиннің гидрофобты β-жапырақшасы арқылы жүзеге асады. Бұл екінші кодон позициясындағы тимидиннің цитозинге мутациялануына байланысты. Мұндай мутациялар осы паразит таралған аймақтардағы маляриямен бірге тіршілік ету нәтижесінде пайда болған болуы мүмкін.

Резистенттік механизмдер: T. b. rhodesiense

Trypanosoma brucei rhodesiense резистенттіліктің басқа бір механизміне сүйенеді: сарысу резистенттілігімен байланысты белок (SRA). SRA гені – паразиттің маңызды және өзгермелі беткі антигенінің, яғни беткі гликопротеиннің қысқартылған түрі. Дегенмен, оның VSG генімен ұқсастығы шамалы (төмен тізбектік гомологиясы) (<25%). SRA – T. b. rhodesiense-де экспрессиялық ортаға байланысты ген және активті теломерлік экспрессиялық орында VSG-ден жоғары орналасқан. Бұл белок көбінесе флагеллярлық қапшық пен ядро арасындағы кішкентай цитоплазмалық көпіршіктерде шоғырланған. T. b. rhodesiense-де TLF SRA-ны қамтитын эндосомаларға бағытталса, лизосомада оның болуы туралы пікір таласы әлі де бар. SRA трипанозома лизосомасында ApoL1 SRA өзара әрекеттесу доменінде орама-орама өзара әрекеттесу арқылы ApoL1-ге байланысады. ApoL1-ді SRA-ның залалсыздануынан қорғайтын экспериментальды мутациялар T. b. rhodesiense-де трипанолиздік белсенділіктің пайда болуына қабілетті екені көрсетілді.