Рисунок. Наблюдая за тем, как власоглавы проникают в клетки кишечника, учёные могут лучше понять биологию их заражения. Источник изображения:©iStock, Md Ariful Islam

В то время как власоглавовые инфекции часто считаются забытыми тропическими болезнями, они могут возникать по всему миру — и возникали на протяжении всей истории.

«У нас есть археологические находки, свидетельствующие о том, что эти черви заражали викингов и римлян, и мы действительно обнаружили червей внутри Эци [Ледяного человека]», — сказала Мария Дуке-Корреа, иммунолог, изучающая взаимодействие хозяина и паразита в Кембриджском университете.

Различные виды власоглавов заражают людей и животных, когда те употребляют в пищу или пьют воду, заражённую яйцами паразита. Черви вылупляются в толстом кишечнике, а затем проникают в эпителиальные клетки кишечника, где превращаются во взрослых червей и откладывают яйца, которые выходят с фекалиями. Черви могут оставаться в кишечнике годами.

Человеческая острица, называемая Trichuris trichiura, эволюционировала вместе с людьми на протяжении тысячелетий. Из-за этого она вызывает иммунный ответ, который, стремясь вывести червей из организма, по-видимому, противодействует некоторым воспалительным процессам, таким как аллергия и воспалительные заболевания кишечника.¹

«Нет ничего удивительного в том, что люди пытались заразить себя этими паразитами, чтобы потом лечить эти заболевания, — сказал Дуке-Корреа. — Но поскольку мы на самом деле не понимаем что делают черви, а черви на самом деле вызывают болезни у 500 миллионов человек, было бы неразумно просто сказать, что мы собираемся заразить всех».

Вакцины для профилактики заражения власоглавами не существует, и хотя есть противопаразитарные препараты, которые могут помочь в борьбе с паразитами, они не всегда эффективны. Дуке-Корреа и её команда хотели лучше понять, как власоглавы поражают кишечник, чтобы найти новые способы профилактики и лечения этих инфекций. Для этого они создали органоид кишечника, с помощью которого наблюдали за тем, как власоглавы проникают в эпителиальные клетки кишечника в режиме реального времени.² По её словам, учёные могут «использовать новые технологии, чтобы по-настоящему понять, как эти черви живут внутри нас».

Как увидеть крошечного червя в кишечнике

Для изучения власоглавов в лабораторных условиях Дуке-Корреа использует вид, заражающий мышей, T. muris. Хотя у разных видов власоглавов разные хозяева — от кошек и собак до приматов, — то, как черви ведут себя у мышей, похоже на их поведение у людей.

Сложность наблюдения за T. muris внутри мыши заключается в том, что маленькие личинки власоглава, вылупляющиеся из яиц паразита, имеют длину всего 150 микрометров и их трудно разглядеть на фоне множества клеток кишечника мыши. В отличие от исследований бактерий и одноклеточных паразитов, с которыми учёные могут генетически манипулировать, чтобы они экспрессировали флуоресцентные маркеры, у власоглавов гораздо сложнее создавать генетические нокауты или нокины. Учитывая это ограничение, Дуке-Корреа и её команда решили, что органоид кишечника может стать лучшим способом наблюдения за ранними стадиями заражения человека власоглавами.

Она начала с создания простого трёхмерного органоида, состоящего из эпителиальных клеток кишечника. Эти органоиды формируются с апикальной стороной эпителиальных клеток кишечника внутри. Поскольку во время заражения яйца власоглава сначала попадают на эту сторону клеток кишечника, Дуке-Корреа пришлось вводить червей в центр органоидов.

«Я потратила, наверное, год своей жизни на попытки сделать микроинъекции этим паразитам», — вздохнула она. Одна из проблем, с которой она столкнулась, заключалась в том, что, хотя черви и маленькие, они всё же на несколько порядков крупнее бактерий, а это означало, что они регулярно блокировали иглы для микроинъекций, которые Дюк-Корреа использовала для переноса червей в органоиды. Кроме того, уровень кислорода внутри двумерных органоидов был слишком низким для червей, поэтому те, кому удавалось попасть в систему, погибали.

Поэтому она сосредоточилась на создании трансмембранной системы для формирования органоида кишечника.³ Преимущество этой системы заключалось в том, что она позволяла получить доступ как к апикальной, так и к базальной стороне клеток кишечника и легко манипулировать системой.

«Нам удалось воссоздать все клеточные популяции, которые мы обнаружили в кишечнике. Когда мы поместили червей [на органоид кишечника], после множества проб и ошибок они проникли внутрь клеток и создали те же туннели, которые мы видим у мышей. Это был момент озарения, — сказала она. — Это позволило нам лучше понять, как черви живут внутри клеток».

Рисунок. Личиночная стадия власоглава (светло-голубые точки) поражает эпителиальные клетки кишечника (ядра клеток окрашены в тёмно-синий цвет) в органоиде кишечника. Клетки ворсинок показаны красным, а муцины в бокаловидных клетках — зелёным. F-актин окрашен в белый цвет. Масштабные линейки — 20 мкм. ©Мария Дуке-Корреа

Единственная проблема заключалась в том, что они не могли получить живое изображение паразитов в трансвелл-планшетах. Им приходилось фиксировать клетки с паразитами, окрашивать их, а затем помещать на предметное стекло микроскопа. Но, по счастливой случайности, Дуке-Корреа наткнулся на статью биоинженера Маттиаса Лютольфа из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, где он и его команда выращивали органоиды на каркасах, имитирующих структуру кишечника. Её команда начала сотрудничество с Морицем Хофером, который в то время был аспирантом в лаборатории Лютольфа. Они хотели создать органоид кишечника, который позволил бы им лучше моделировать процесс заражения и наблюдать за паразитами в режиме реального времени.

После того как Хофер научился работать с паразитами в разгар пандемии COVID-19, их сотрудничество стало успешным.

«Благодаря этому мы получили прекрасные видеоролики, на которых видно, как черви перемещаются внутри кишечного эпителия», — сказала она.2 Дуке-Корреа была очень удивлена тем, как клетки кишечника реагировали на прохождение червей через них.

«Клетки не взрываются, когда в них проникает этот огромный червь. Они по-прежнему окружают червя, и в первые дни после заражения они фактически пытаются остановить червя», — сказала она. Обычно клетки используют свои лизосомы, чтобы инкапсулировать и уничтожить проникшие в них внутриклеточные патогены. Исследователи увидели, что лизосомы эпителиальных клеток кишечника пытались слиться с кутикулой червя — защитной структурой, покрывающей тело нематод. Червь выдержал атаку, и клетки в конце концов погибли.

«Хозяин пытается противостоять червю, но в итоге червь одерживает победу, — сказала она. — Органоиды позволяют нам увидеть то, чего мы не можем увидеть в хозяине».

Более сложные органоиды, больше вопросов

Как и у большинства других паразитов, у власоглавов сложный жизненный цикл. Хотя Дуке-Корреа и её команда наблюдали за начальными этапами заражения кишечного эпителия личинками червей, теперь они хотят выяснить, могут ли черви развиваться дальше в их моделях кишечных органоидов.

“Эти черви похожи на маленьких змей”, - сказала она. Они линяют четыре раза, чтобы стать взрослыми червями. “Они не только увеличиваются в размерах, но и превращаются в гораздо более сложных червей по мере линьки”, - добавила она.

Чтобы упростить эти эксперименты, она и её команда разрабатывают систему органоидов, которая будет включать в себя больше типов клеток, обычно встречающихся в кишечнике, в том числе стромальные и иммунные клетки. Это позволит им изучать взаимодействие между паразитами и этими различными клетками.

Она также надеется использовать эти органоиды для разработки новых лекарств от стронгилоидоза. По её словам, эффективность альбендазола, наиболее часто используемого препарата, составляет всего 15–20 процентов. «Мы не понимаем, почему так происходит, ведь если извлечь червя и нанести на него лекарство, то паразит погибнет, но если паразит находится внутри клетки, то лекарство его не убьёт», — объяснила она. Она задумалась, не защищает ли червей от противопаразитарных препаратов туннель, который они образуют внутри эпителиальных клеток кишечника.

«Чтобы разрабатывать новые лекарства, нам нужно лучше их понимать, но мы также можем многому у них научиться, — говорит Дуке-Корреа. — Это действительно показывает, как органоиды могут привнести новые знания в область паразитологии».

Ссылки:

1. Майзелс Р. М. Регуляция иммунитета и аллергии гельминтными паразитами. Аллергия. 2020;75(3):524–534.
2. Хофер М. и др. Структурированные монослои желудочно-кишечного тракта с двусторонним доступом как наблюдаемые модели паразитарной инфекции кишечника. Nat Biomed Eng. 2025;9:1075-1085.
3. Дуке-Корреа М. А. и др. Определение ранних стадий колонизации кишечника власоглавами. Nat Commun. 2022;13:1725.