Plasmodium falciparum에서 저항성 발견을 유도하는 돌연변이 기생충의 생성

Nature Communications 14권, 기사 번호: 3059(2023) 이 기사 인용

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약물 저항성의 시험관 내 진화는 항말라리아제 표적을 식별하기 위한 강력한 접근 방식이지만, 저항성을 이끌어내는 데 주요 장애물은 기생충 접종원의 크기와 돌연변이율입니다. 여기에서 우리는 Plasmodium falciparum DNA 중합효소 δ의 촉매 잔기를 편집하여 저항성 선택을 강화하기 위해 기생충 유전적 다양성을 증가시키려고 했습니다. 돌연변이 축적 분석은 돌연변이율이 ~5-8배 증가한 것으로 나타났으며, 약물 압력을 받은 계통에서는 13-28배 증가했습니다. 스피로인돌론 PfATP4 억제제 KAE609를 사용하면 야생형 기생충보다 더 낮은 접종원에서 더 신속하게 높은 수준의 저항성을 얻을 수 있습니다. 또한 선택을 통해 "저항할 수 없는" 화합물인 MMV665794에 대한 저항성을 갖는 돌연변이가 생성되지만 다른 균주에서는 저항성을 생성하지 못합니다. 우리는 이전에 특성화되지 않은 유전자인 PF3D7_1359900(퀴녹살린 저항성 단백질(QRP1)이라고 함)의 돌연변이를 MMV665794 및 퀴녹살린 유사체 패널에 대한 저항성의 원인으로 검증합니다. 이 "돌연변이유발자" 기생충이 이용할 수 있는 증가된 유전적 레퍼토리는 P. falciparum 저항체 발견을 촉진하는 데 활용될 수 있습니다.

항말라리아 약물 발견은 말라리아를 치료하고 궁극적으로 제거하기 위한 새롭거나 개선된 약물을 적극적으로 찾고 있습니다. 열대 열원충(Plasmodium falciparum)에 대한 현재 일선 아르테미시닌 기반 병용 요법(ACT)은 항말라리아 저항성의 진원지인 동남아시아에서 아르테미시닌과 파트너 약물 모두에 덜 민감한 기생충의 출현으로 인해 손상되었습니다1,2. 또한, 아르테미시닌 저항성은 아르테미시닌에 대한 감수성을 감소시키는 르완다 및 우간다 분리주에서 kelch13 돌연변이가 출현했다는 최근 보고에서 알 수 있듯이 전 세계 풍토병 지역에 사는 사람들에게 공중 보건 위협입니다3,4. 우수한 효능과 다단계 활성을 지닌 많은 유망한 항말라리아 화합물이 전체 세포 표현형 기반 스크리닝을 사용하여 발견되었습니다5. 그러나 이 접근법은 분자 표적에 대한 지식이 부족하기 때문에 납 최적화에 어려움을 안겨줍니다. 약물 표적, 작용 방식 및 내성 메커니즘에 대한 더 깊은 이해는 약물 내성을 견딜 수 있는 더 나은 의약품의 설계로 이어질 수 있습니다6,7,8. 또한, 약물 표적 또는 내성 유전자에 대한 지식은 약물 내성의 확산 및 억제를 모니터링하기 위해 현장에서 게놈 역학 감시를 위한 분자 마커를 제공합니다9,10.

전체 게놈 분석에 따른 약물 내성의 시험관 내 진화는 작용 모드뿐만 아니라 내성에 대한 메커니즘 및 성향을 정의하는 데 도움을 줌으로써 약물 표적 식별을 위한 핵심 접근 방식이 되었습니다11,12,13. 일반적인 시험관 내 저항성 선택은 105~109개의 기생충 범위의 기생충 접종원을 사용하여 수행되며, 이 기생충은 모든 약물에 민감한 기생충을 죽일 수 있는 농도의 항말라리아 화합물에 노출됩니다8,14,15. 그런 다음 재발성 기생충에 대해 전체 게놈 시퀀싱을 실시하여 저항성 표현형을 담당하는 기본 유전자를 식별할 수 있습니다. 성공의 주요 장애물은 선택 요법이나 계통 배경에 관계없이 저항성 기생충을 선택할 수 없는 기간이 연장되거나 어떤 경우에는 완전한 무능력입니다. 따라서 이러한 노동력과 시간 집약적인 프로세스는 분자 표적이나 쿼리 화합물에 대한 정의된 작용 메커니즘을 식별하지 못할 수 있습니다. 예를 들어, 말라리아 약물 가속기 컨소시엄(MalDA)이 48개 화합물을 사용한 일련의 시험관 내 저항성 선택에서 23개 화합물은 15~300일 후에 저항성이 관찰되는 저항성 기생충을 생성했습니다. 여러 번의 시도와 조건 후에도 저항성 기생충을 생성하지 못하는 화합물을 "저항할 수 없는" 화합물이라고 합니다. 화합물이 명백하게 "저항할 수 없는" 이유는 여러 가지일 수 있지만, 저항성에 대한 낮은 성향은 항말라리아 약물 발견 관점에서 볼 때 매력적인 특성이므로 작용 메커니즘에 대한 통찰력이 중요할 것입니다.