Электронная микроскопия трофозоитов Plasmodium falciparum и инфицированных ими тканей при тяжелой форме тропической малярии

Представлены результаты комплексного электронно-микроскопического исследования образцов венозной крови и тканей внутренних органов, полученных при изучении летального случая завозной тропической малярии. Целью работы было изучить ультраструктуру эритроцитарных стадий развития Plasmodium falciparum и изменений пораженных ими тканей при тяжелой форме тропической малярии. Образцы венозной крови, тканей коры головного мозга и миокарда исследовали с помощью световой, а также электронной (сканирующей и трансмиссионной) микроскопии. В крови были выявлены многочисленные трофозоиты Plasmodium falciparum. В цитоплазме инфицированных эритроцитов обнаружены множественные расщелины Маурера. Между инфицированными и непораженными эритроцитами выявлены патологические межклеточные контакты, что приводит к их слипанию и формированию розеток (эритроцитарный розеттинг). При исследовании тканей коры головного мозга и миокарда в просвете капилляров отмечена фиксация пораженных эритроцитов на эндотелии (эритроцитарная адгезия). Розеттинг и адгезия эритроцитов приводят к тромбированию капилляров, нарушению микроциркуляции и возникновению секвестров в тканях жизненно важных органов (паразитарная секвестрация). Выявленные морфологические особенности возбудителей тропической малярии и поряженных ими тканей определяют способность паразитов менять свойства клеточных мембран инфицированных эритроцитов, что приводит к формированию патологических межклеточных контактов и служит одним из основных механизмов вирулентности Plasmodium falciparum.

1. Venkatesan P. The 2023 WHO World malaria report. The Lancet Microbe. 2024.

2. Lee WC, Russell B, Rénia L. Evolving perspectives on rosetting in malaria. Trends in Parasitology. 2022; 38 (10): 882–9.

3. Abdi A, Yu L, Goulding D, Rono MK, Bejon P, Choudhary J, et al. Proteomic analysis of extracellular vesicles from a Plasmodium falciparum Kenyan clinical isolate defines a core parasite secretome. Wellcome open research. 2017; 2.

4. Heiber A, Kruse F, Pick C, Grüring C, Flemming S, Oberli A, et al. Identification of new PNEPs indicates a substantial non-PEXEL exportome and underpins common features in Plasmodium falciparum protein export. PLoS pathogens. 2013; 9 (8): e1003546.

5. McHugh E, Carmo OM, Blanch A, Looker O, Liu B, Tiash S, et al. Role of Plasmodium falciparum protein GEXP07 in Maurer’s cleft morphology, knob architecture, and P. falciparum EMP1 trafficking. MBio. 2020; 11 (2): 10–1128.

6. Yadavalli R, Peterson JW, Drazba JA, Sam-Yellowe TY. Trafficking and Association of Plasmodium falciparum MC-2TM with the Maurer’s Clefts. Pathogens. 2021; 10 (4): 431.

7. Ortolan LS, Avril M, Xue J, Seydel KB, Zheng Y, Smith JD. Plasmodium falciparum parasite lines expressing DC8 and Group A PfEMP1 bind to brain, intestinal, and kidney endothelial cells. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2022; 12: 813011.

8. Jensen AR, Adams Y, Hviid L. Cerebral Plasmodium falciparum malaria: The role of PfEMP1 in its pathogenesis and immunity, and PfEMP1‐based vaccines to prevent it. Immunological reviews. 2020; 293 (1): 230–52.

9. Juillerat A, Lewit-Bentley A, Guillotte M, Gangnard S, Hessel A, Baron B, et al. Structure of a Plasmodium falciparum PfEMP1 rosetting domain reveals a role for the N-terminal segment in heparin-mediated rosette inhibition. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2011; 108 (13): 5243–8.

10. Mwenda MC, Fola AA, Ciubotariu II, Mulube C, Mambwe B, Kasaro R, et al. Performance evaluation of RDT, light microscopy, and PET-PCR for detecting Plasmodium falciparum malaria infections in the 2018 Zambia National Malaria Indicator Survey. Malaria Journal. 2021; 20: 1–10.

11. Soulard V, Bosson-Vanga H, Lorthiois A, Roucher C, Franetich JF, Zanghi G, et al. Plasmodium falciparum full life cycle and Plasmodium ovale liver stages in humanized mice. Nature communications. 2015; 6 (1): 1–9.

12. Liffner B, Diaz AKC, Blauwkamp J, Anaguano D, Frolich S, Muralidharan V, et al. Atlas of Plasmodium falciparum intraerythrocytic development using expansion microscopy. Elife. 2023; 12: RP88088.

13. Лабораторная диагностика малярии и бабезиозов: Методические указания. М.: ФБУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора, 2015; 43 с.

14. Боровская М. К., Кузнецова Э. Э., Горохова В. Г., Корякина Л. Б., Курильская Т. Е., Пивоваров Ю. И. Структурно-функциональная характеристика мембраны эритроцита и ее изменения при патологиях разного генеза. Acta Biomedica Scientifica. 2010; 3 (73): 334–54.

15. Melcher M, Muhle RA, Henrich PP, Kraemer SM, Avril M, Vigan-Womas I, et al. Identification of a role for the PfEMP1 semiconserved head structure in protein trafficking to the surface of Plasmodium falciparum infected red blood cells. Cellular microbiology. 2010; 12 (10): 1446–62.

16. Kilian N, Zhang Y, LaMonica L, Hooker G, Toomre D, Mamoun CB, et al. Palmitoylated Proteins in Plasmodium falciparum-Infected Erythrocytes: Investigation with Click Chemistry and Metabolic Labeling. BioEssays. 2020; 42 (6): 1900145.

17. McDonald J, Merrick CJ. DNA replication dynamics during erythrocytic schizogony in the malaria parasites Plasmodium falciparum and Plasmodium knowlesi. PLoS Pathogens. 2022; 18 (6): e1010595.

18. Ostera G, Tokumasu F, Oliveira F, Sa J, Furuya T, Teixeira C, Dvorak J. Plasmodium falciparum: food vacuole localization of nitric oxide-derived species in intraerythrocytic stages of the malaria parasite. Experimental parasitology. 2008; 120 (1): 29–38.

19. Mundwiler-Pachlatko E, Beck HP. Maurer's clefts, the enigma of Plasmodium falciparum. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013; 110 (50): 19987–94.

20. Nigra AD, Casale CH, Santander VS. Human erythrocytes: cytoskeleton and its origin. Cellular and Molecular Life Sciences. 2020; 77: 1681–94.

21. Avril M, Bernabeu M, Benjamin M, Brazier AJ, Smith JD. Interaction between endothelial protein C receptor and intercellular adhesion molecule 1 to mediate binding of Plasmodium falciparum-infected erythrocytes to endothelial cells. MBio. 2016; 7 (4): 10–1128.