Advanced

Identification & evaluation of the within host variation in Plasmodium relictum, a cosmopolite avian malaria parasite

Johansson, Markus (2015) BINP32 20142
Degree Projects in Bioinformatics
Popular Abstract (Swedish)
Med fågel som referens, en jämförelse mellan fågel- och humanmalaria

Malaria är en parasitinfektion som har hemsökt människan sedan urminnes tider. Trots att läkemedel mot malaria upptäcktes för över hundra år sedan är sjukdomen fortfarande ett globalt hot, då sjukdomen uppskattningsvis orsakar en miljon dödsfall årligen samt att 3,6 miljarder människor riskerar att bli infekterade. I och med den ökande spridningen av läkemedelsresistens har behovet för nya effektiva läkemedel blivit allt mer akut.

Malaria är samlingsnamnet för flera arter encelliga parasiter av släktet Plasmodium. De angriper en rad olika djur, där ibland människor, gnagare och fåglar. Parasiten använder myggor för att infektera och transportera sig mellan olika... (More)
Med fågel som referens, en jämförelse mellan fågel- och humanmalaria

Malaria är en parasitinfektion som har hemsökt människan sedan urminnes tider. Trots att läkemedel mot malaria upptäcktes för över hundra år sedan är sjukdomen fortfarande ett globalt hot, då sjukdomen uppskattningsvis orsakar en miljon dödsfall årligen samt att 3,6 miljarder människor riskerar att bli infekterade. I och med den ökande spridningen av läkemedelsresistens har behovet för nya effektiva läkemedel blivit allt mer akut.

Malaria är samlingsnamnet för flera arter encelliga parasiter av släktet Plasmodium. De angriper en rad olika djur, där ibland människor, gnagare och fåglar. Parasiten använder myggor för att infektera och transportera sig mellan olika värdorganismer. Efter att parasiten har infekterat värden angriper de levern, där de sedan ligger vilande. Sjukdomssymptomen kommer när de går ur vilan, och går ut i blodomloppet där de angriper de röda blodkropparna. Parasiten använder blodkropparna till att föröka sig i, samt för att kunna tas upp och spridas av stickmyggor.

Genetisk variation - rustad för framtiden
Ett vanligt begrepp ingom biologi är genetisk variation. Det är ett mått på skillnaden mellan individers arvsmassa, DNA, i en population. Variationen uppkommer genom slumpmässiga mutationer som förändrar nukleotid-baserna i arvsmassan. Om dessa mutationer finns i de proteinkodande delarna av generna kan de förändra aminosyran och därmed påverka proteinets funktion. Mutationer som förändrar den kodande aminosyran kallas för icke-synonyma och de som inte förändrar aminosyran kallas för synonyma.
Då proteinerna är så pass optimerade innebär de flesta förändringarna att funktionen försämras, vilket är negativt för individen som bär på mutationen. Det gör att få icke-synonyma mutationer kommer att bevaras i populationen. I och med att synonyma mutationer inte förändrar aminosyran har de värdigt lite påverkan på proteinets funktion, vilket gör att de oftare bevaras.
Genetisk variation anses vara väldigt värdefullt då den gör arten mer motståndskraftig mot plötsliga hot och förändringar.
Till exempel, en ny effektiv medicin börjar användas mot malaria. Chansen att någon individ har mutationer som gör den resistent mot medicinen ökar med graden av genetisk variation i arten. Kort sagt gör hög genetisk variation att arten är bättre rustad inför framtida hot.

Med fågel som referens
Eftersom vi har medicinerat mot malaria med olika läkemedel har humanmalarian reducerats kraftigt i flera omgångar, vilket har dränerat dess genetiska variation. För att få en ökad förståelse för hur den genetiska variationen skiljer sig mellan malariaarter jämfördes den genetiska variationen hos två arter av humanmalaria; Plasmodium falciparum och Plasmodium vivax, mot fågelmalariaarten Plasmodium relictum. Då fågelmarlaria inte har medicinerats kan den ses som en referens för naturliga nivåer av genetisk variation. Detta kan bidra till att svara på frågor om hur mycket variation humanmalaria har förlorat, samt vilka gener som är mest variabla och därmed under starkt naturligt urval. Detta kan sedan ge ledtrådar om genernas funktion.

Modellering av malarians arvsmassa
Genom att bestämma malaria-DNA från två sjuka fåglar kunde vi bygga upp en representation av individens arvsmassa, som i sin tur användes för att modelera hur variationen skiljer sig åt mellan olika kromosomer och gener inom arten.
Det visade sig finnas en betydande variation mellan olika regioner på kromosomerna. Oftast var variabla och konserverade gener samlade i regioner. Mönstret av konserverade och variabla regioner kan antyda om artens evolutionära historia och kan i framtida studier användas för att uppskatta hur olika malariaarter är besläktade med varandra.
Ett genomgående mönster var att gener som användes för att infektera röda blodkroppar eller undvika värdens immunförsvar, hade hög variation med högre antal icke-synonyma mutationer. Detta är ett tecken på att dessa gener är under ”diversifierande” naturligt urval. Gener som anses viktiga för parasitens överlevnad var väldigt konserverade, med inga eller få icke-synonyma mutationer, vilket är ett tecken på att de är under ”renande” naturligt urval. Det vill säga att gener som är viktiga för parasitens överlevnad behålls, i stort sätt, oförändrade. Gener som används för att undvika immunförsvaret utvecklas istället väldigt fort då parasiten måste överlista värdens immunförsvar.

Mutationer i gener avslöjar selektion
Den genetiska variationen mellan humanmalaria och fågelmalaria jämfördes. Detta avslöjade att fågelmalarias gener tycks ha ett liknande mönster av genetisk variation som en av de två humanmalaria arterna (P. falciparum). Samma tendens visades när man jämförde antalet synonyma och icke-synonyma mutationer. Detta pekar på att fågelmalaria arten (P.relictum) både utsätts för ett snarlikt selektivt tryck och får mutationer på ett jämförbart sett med humanmalarian Plasmodium falciparum. Detta är väldigt överraskande då fågelmalarian inte har reducerats kraftigt, istället har den under det senaste århundradena med människans hjälp spridit sig över världen. Det är också förvånande att fågelmalaria endast var jämförbar med en humanmalaria art, eftersom båda arterna av humanmalaria har medicinerats mot och därmed borde ha en likartad, dränerad, genetisk variation. Hur dessa likheter, och skillnader, har uppkommit, samt vilken betydelse de har får framtida studier svara på. Den här studien har lagt grunden till framtida forskning, forskning som både kan hjälpa oss förstå malaria och i förlängningen kan ge oss nya uppslag till anti-malarialäkemedel.

Handledare: Björn Canbäck & Olof Hellgren
Masterexamensarbete i Bioinformatik 60 hp 2014
Biologiska institutionen, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Johansson, Markus
supervisor
organization
course
BINP32 20142
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
7863486
date added to LUP
2015-09-10 08:55:46
date last changed
2015-09-10 08:55:46
@misc{7863486,
  author       = {Johansson, Markus},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Identification & evaluation of the within host variation in Plasmodium relictum, a cosmopolite avian malaria parasite},
  year         = {2015},
}