疟原虫ppt

A method of studying Plasmodium falciparum—the using of engineered zinc-finger nucleases[1]
1， 2A peptide permits dual protein synthesis in P. falciparum
分类
• 疟原虫属（Plasmodium）是一类 单细胞、寄生性的原生动物。本属 生物通称为疟原虫。本属生物中有 四种疟原虫会使人类感染疟疾，包 括恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）、三日疟原虫 （Plasmodium malariae）、蛋形 疟原虫（Plasmodium ovale）及间 日疟原虫（Plasmodium vivax）。 而其他种类的疟原虫会感染它种动 物，包括其他灵长目动物、啮齿目 动物、鸟类及爬虫类。
在疟蚊体内的发育
• 疟蚊经由吸取病人或带原者血液，使血液中的各型态原虫 进入蚊子体内；但只有配子体会继续发育 • 在蚊的胃内，雌、雄配子体发育成为雌、雄配子 • 较小的雄配子钻进较大的雌配子内，形成合子 • 合子会继续伸长，而且能动，称为动合子（ookinete） • 动合子最后穿破胃壁，在胃的弹性纤维膜下形成圆球形的 卵囊（oocyst） • 卵囊中进行孢子繁殖(无性)，接着破裂，释放出疟蚊虫的 孢子
营养代谢
• • • 疟原虫可通过表膜的渗透或经胞口以吞饮方式摄取营养。在肝细胞内寄生的红细胞外期疟原虫，以 肝细胞的胞质为营养。 1．葡萄糖代谢 红细胞内期疟原虫的糖原储存很少，葡萄糖是疟原虫红细胞内期主要的能量来源。疟原虫的寄 生使红细胞膜发生变化，增强了葡萄糖通过膜的主动转运，或者除去某些抑制转运的因子，从而使 疟原虫可源源不断地从宿主的血浆获得葡萄糖以供代谢之用。6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)是戊糖磷 酸途径所需要的酶，受染疟原虫的红细胞内G6PD缺乏时，影响疟原虫分解葡萄糖，导致虫体发育 障碍。缺乏G6PD的病人对恶性疟原虫有选择抗性是否与此有关尚待进一步研究。 2．蛋白质代谢 疟原虫获得的游离氨基酸主要是来自红细胞内的血红蛋白的水解产物，还来自宿主的血浆和红 细胞内的氨基酸库及有机物碳。血红蛋白从疟原虫胞口被吞入，由胞口基部长出食物泡，胞口孔被 膜封闭。血红蛋白被食物泡内的酸性肽链内切酶和氨基肽酶的协同作用消化分解为珠蛋白和血红素。 珠蛋白在酶的作用下再分解为几种氨基酸以供合成虫体本身的蛋白质。血红素最后形成一种复合物 即疟色素。疟色素不被溶解和吸收而留在食物泡的壁上。在红细胞内裂体增殖过程中，疟色素逐渐 融合成团，随着裂体增殖完成后被排入血流。 3．核酸代谢 疟原虫没有从头合成嘌吟的途径，仅依靠一个补救途径利用现成的嘌呤碱基和核苷。参与嘌呤 补救途径的酶有腺苷酸脱氢酶、嘌呤—核苷磷酸化酶等。 在疟原虫的多种生物合成途径中，对氨基苯甲酸(PABA)、四氢叶酸(THF)等都是很重要的辅助 因子。如果宿主的食物中缺乏PABA，则影响THF的生成，其体内寄生的疟原虫的生长繁殖发生障 碍，感染因而被抑制。 4．脂类代谢 疟原虫无脂类储存，也不能合成脂肪酸与胆固醇，完全依赖于宿主提供，如从宿主血浆中获得 游离脂肪酸和胆固醇，胆固醇对维持疟原虫及受染细胞的膜的完整性都具有重要作用。红细胞内疟 原虫所需的脂类可由摄入的葡萄糖代谢的产物组成，其中主要为磷脂，磷脂增多与疟原虫膜的合成 有关。
4.1
——朱晓彤《恶性疟原虫表面抗原SURFINs 蛋白家族各成员红内期转录水平的分析》
恶性疟原虫3D7A，3D7B，MSSl4A1和MSSl4A5株 中surf家族成员在不同时间点的转录水平
SURFIN4.1蛋白的转运[4]
• SURFlN4.1蛋白含有一个或不含色氨酸富含 区(WRD) • Nter-TM-cyt(105个氨基酸)可介导重组蛋白 在毛雷尔氏小体(MCs)的定位 • SURFlN4.1重组蛋白的外分泌需要N端的氨 基酸序列 • CRD结构域可能通过与内源性SURFlN4.1蛋 白相互作用介导重组蛋白转运
疟原虫
疟原虫的发现者 法国人查尔斯· 路易士· 阿冯 斯· 拉韦朗（Charles Louis Alphonse Laveran）。他因此 发现及其他关于原生动物致病 的研究获得1907年的诺贝尔 生理学或医学奖。
•英国内科医生罗纳 德· 罗斯爵士（Sir Ronald Ross，18571932），他发现了疟 原虫的传染途径，获 得了1902年的诺贝尔 生理学或医学奖。
– 卵形疟原虫与间日疟原虫会产生一些休眠的疟原虫，称为潜隐子（hypnozoite，或称休眠子）， 经过一段时间后才再度活化。这被认为与卵形疟和间日疟的复发有关[3]。
疟原虫不断进行分裂生殖，最后产生红外期的裂殖体 被感染的肝细胞破裂，裂殖体释放出裂殖子 红细胞内期 红血球内期（erythrocytic cycle），简称红内期，指的是疟原虫已进入红血球的阶段 被感染的肝细胞破裂后，裂殖子进入血液中 侵入红血球，形成滋养体，摄食吸收养分，生长发育，开始分裂生殖 不断分裂生殖，形成红内期的裂殖体 被感染红血球破裂，释放裂殖子 不断重复前述步骤，最后有部分裂殖子发育为雌雄配子体
生活史
• 疟原虫的生活史非常复杂。各种类的生活史基本相同，都需要人和疟蚊两个宿主。大体来说，在人
体内疟原虫行无性生殖；在蚊子体内行有性生殖。
在人体内的发育
• • • • • • • • • • • • • 红血球外期 红血球外期（exo-erythrocytic cycle），简称红外期，指的是疟原虫尚未进入红血球前 的阶段 疟原虫的成熟孢子（sporozoite，或称芽孢）随雌疟蚊的叮咬进入人体的血液循环 在约30分钟内进入肝细胞，开始进行无性分裂生殖，并一边摄取肝细胞内的养分发育
界：囊泡藻界 Chromalveolata 超门：囊泡虫总门 Alveolata 门：顶器复合门 Apicomplexa 纲：无类锥体纲 Aconoidasida 目：血孢子虫目 Haemosporidia 科：疟原虫科 Plasmodiidae 属：疟原虫属 Plasmodium
基本构造
• 疟原虫的基本构造和一般的原生生物一样，爲细 胞核、细胞质和细胞膜。环状体（trophozoite， 主要发育期第一阶段）以后各期还含有疟原虫消 化分解血红蛋白后的産物，疟色素（malarial pigment）。 使用姬姆萨染剂（Giemsa's Stain）或瑞氏染剂 （Wright's stain）染色后，核呈紫红色，胞质爲 深蓝色，疟色素呈棕或黑褐色。这也是血液检验 中检验疟原虫的方法之一。疟原虫寄生在红血球 内时，会造成红血球变形。不同种类的疟原虫会 使红血球呈现不同的形状（也是辨别疟原虫种类 的重要方法之一）
Hale Waihona Puke Baidu
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疟原虫的主要致病阶段是红细胞内期的裂体增殖期。致病力强弱与侵入的虫种、数量和人体免疫状态有关。1．潜伏期(incubation period) 指疟原虫侵入人体到出现临床症状的间隔时间，包括红细胞外期原虫发育的时间和红细胞内期原虫经几代裂体增殖达到一定数量所需的时 间。潜伏期的长短与进入人体的原虫种株、子孢子数量和机体的免疫力有密切关系。恶性疟的潜伏期为7~27天；三日疟的潜伏期为18~35天； 卵形疟的潜伏期为11~16天；间日疟的短潜伏期株为11~25天，长潜伏期株为6~12个月或更长。对我国河南、云南、贵州、广西和湖南等省志 愿者进行多次感染间日疟原虫子孢子的实验观察，表明各地均兼有间日疟长、短潜伏期2种类型，而且二者出现的比例有由北向南短潜伏期比 例增高的趋势。由输血感染诱发的疟疾，潜伏期一般较短。2．疟疾发作(paroxysm) 疟疾的一次典型发作表现为寒战、高热和出汗退热三个连续阶段。发作是由红细胞内期的裂体增殖所致，当经过几代红细胞内期裂体增殖 后，血中原虫的密度达到发热阈值(threshold)，如间日疟原虫为10~500个/µl血，恶性疟原虫为500~1300个/µl血。红细胞内期成熟 裂殖体胀破红细胞后，大量的裂殖子、原虫代谢产物及红细胞碎片进入血流，其中一部分被巨噬细胞、中性粒细胞吞噬，刺激这些细胞产生内 源性热原质，它和疟原虫的代谢产物共同作用于宿主下丘脑的体温调节中枢，引起发热。随着血内刺激物被吞噬和降解，机体通过大量出汗， 体温逐渐恢复正常，机体进入发作间歇阶段。由于红细胞内期裂体增殖是发作的基础，因此发作具有周期性，此周期与红细胞内期裂体增殖周 期一致。典型的间日疟和卵形疟隔日发作1次；三日疟为隔2天发作1次；恶性疟隔36~48小时发作1次。若寄生的疟原虫增殖不同步时，发作间 隔则无规律，如初发患者。不同种疟原虫混合感染时或有不同批次的同种疟原虫重复感染时，发作也多不典型。疟疾发作次数主要取决于患者 治疗适当与否及机体免疫力增强的速度。随着机体对疟原虫产生的免疫力逐渐增强，大量原虫被消灭，发作可自行停止。3．疟疾的再燃和复 发 疟疾初发停止后，患者若无再感染，仅由于体内残存的少量红细胞内期疟原虫在一定条件下重新大量繁殖又引起的疟疾发作，称为疟疾的 再燃(recrudescence)。再燃与宿主抵抗力和特异性免疫力的下降及疟原虫的抗原变异有关。疟疾复发（relapse）是指疟疾初发患者红细胞内 期疟原虫已被消灭，未经蚊媒传播感染，经过数周至年余，又出现疟疾发作，称复发。关于复发机理目前仍未阐明清楚，其中子孢子休眠学说 认为由于肝细胞内的休眠子复苏，发育释放的裂殖子进入红细胞繁殖引起的疟疾发作。恶性疟原虫和三日疟原虫无迟发型子孢子，因而只有再 燃而无复发。间日疟原虫和卵形疟原虫既有再燃，又有复发。4. 贫血(anemia) 疟疾发作数次后，可出现贫血，尤以恶性疟为甚。怀孕妇女和儿童最常见，流行区的高死亡率与严重贫血有关。贫血的原因除了疟原虫直 接破坏红细胞外，还与下列因素有关：①脾功能亢进，吞噬大量正常的红细胞。②免疫病理的损害。疟原虫寄生于红细胞时，使红细胞隐蔽的 抗原暴露，刺激机体产生自身抗体，导致红细胞的破坏。此外宿主产生特异抗体后，容易形成抗原抗体复合物，附着在红细胞上的免疫复合物 可与补体结合，使红细胞膜发生显著变化而具有自身免疫原性，并引起红细胞溶解或被巨噬细胞吞噬。疟疾患者的贫血程度常超过疟原虫直接 破坏红细胞的程度。③骨髓造血功能受到抑制。5．脾肿大 初发患者多在发作3~4天后，脾开始肿大，长期不愈或反复感染者，脾肿大十分明显，可达脐下。主要原因是脾充血和单核—巨噬细胞增 生。早期经积极抗疟治疗，脾可恢复正常大小。慢性患者，由于脾包膜增厚，组织高度纤维化，质地变硬，虽经抗疟根治，也不能恢复到正常。 在非洲或亚洲某些热带疟疾流行区，出现“热带巨脾综合症”，可能是有疟疾的免疫反应所引起。患者多伴有肝大、门脉高压、脾功能亢 进、巨脾症、贫血等症状；血中IgM水平增高。6．凶险型疟疾 凶险型疟疾绝大多数由恶性疟原虫所致，但间日疟原虫引起的脑型疟国内已有报道。多数学者认为，凶险型疟疾的致病机制是聚集在脑血 管内被疟原虫寄生的红细胞和血管内皮细胞发生粘连，造成微血管阻塞及局部缺氧所致。此型疟疾多发生于流行区儿童、无免疫力的旅游者和 流动人口。 临床表现复杂，常见的有脑型和超高热型，多表现为持续高烧、全身衰竭、意识障碍、呼吸窘迫、多发性惊厥、昏迷、肺水肿、异常出血、 黄疸、肾功能衰竭、血红蛋白尿和恶性贫血等。凶险型疟疾来势凶猛，若不能及时治疗，死亡率很高。 脑型疟疾（cerebral malaria, CM）大多数发生于恶性疟患者，但国内已报道由间日疟引起的，是儿童和无免疫力成人患者的主要死亡原因， 临床上中枢神经系统症状明显，如剧烈头痛、昏迷、谵妄、抽搐、惊厥、体温高达40～41oC、但个别也有不发热者。常因昏迷并发感染而死 亡。CM的发病机制、学说不一，近年报道是一种多因素参与的免疫病理性疾病。患者体内某些细胞因子、粘附因子和一氧化碳是引起CM发病 的重要因素，如过量的TNF-α、IFN-γ等细胞因子激活内皮细胞表达粘附受体，增强内皮细胞的粘附性，使受染红细胞粘附与脑的微血管内，导 致血管阻塞，制成脑局部缺氧和营养耗竭而引起脑并发症。 在不同疟疾流行区，凶险型疟疾的高发人群和临床表现都很不同。在稳定的高度疟疾流行区，出生几个月的婴儿和5岁以下的幼童是凶险 型疟疾的高发人群，主要的临床表现是恶性贫血。在中度疟疾流行区，脑型疟疾和代谢性酸中毒是儿童常见的凶险型疟疾。在低度疟疾流行区， 急性肾衰竭、黄疸和肺水肿是成年人常见的临床表现，贫血、低血糖症和惊厥在儿童中比较多见，而脑型疟疾和代谢性酸中毒在所有的年龄组 都可有。
Acetyl groups deriving from glucose and glutamine are functionally distinct
一种在红内期原虫的生长发育 中发挥重要作用的致病抗原— —SURFINs蛋白家族[3]
SURFINs蛋白家族各成员红内期转录水平 • 一，Surf基因各成员在红内期的环状体和裂 殖体期高度表达。 • 二，Surf 在红内期，特别是裂殖体期的表 达水平显著高于surfs其它家族成员 • 三，泰国分离株MS814是不同于常用实验 室株3D7的新表型
——朱晓彤《恶性疟原虫SURFlN4.1重组蛋白 在红细胞胞浆内的转运机制的研究》
SURFIN4.1full lengthSURFIN4.1CV1T，SURFIN4．1CT，SURFIN4．1cVl， SURFIN4.1Ner-TM，SURFIN4．1Nter-TM-Cyt，SURFIN4．1Syn-N-tcr-TM-Cyt和 SURFIN4．1TM的Western blot实验结果
2， ZFNs mediate gene ablation in P. falciparum parasites
3， Gene replacement in the absence of a selectable phenotype
4， Allelic replacement of an endogenous parasite gene
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An integrated model for central carbon metabolism in P.falciparum[2]
Branched tricarboxylic acid metabolism in Plasmodium falciparum[2] • The first way of usage glutamine-derived acetyl-coenzyme A is used for histone acetylation（谷氨酰胺派生 的乙酰辅酶 A 用于组蛋白乙酰化） • The second way of usage glucose-derived acetyl-coenzyme A is used to acetylate amino sugars.（葡萄糖 衍生的乙酰辅酶A被用于乙酰氨基糖）
在人体内的发育
• 滋养体（trophozoite，或称活动体、营养体） 疟原虫进入红血球后的型态，主要的目的是生长及摄食。滋养体的疟 原虫以血红蛋白为食；它们以半胱氨酸蛋白酶（plasmepsin enzymes） 消化血红蛋白。滋养体早期细胞核小，细胞质少，虫体多呈环状，故又 称之为“环状体”（ring form）。接着，随着虫体的成长细胞核增大， 细胞质增多，有时还会伸出伪足，且细胞内开始出现疟色素。 • 裂殖体（schizont） 滋养体成熟后，疟原虫的细胞核开始不断的分裂。此阶段称为裂殖体。 分裂到最后，细胞质也会分裂，每个核形成一个单独的小细胞，称为裂 殖子（merozoite）。 • 配子体（gametocyte） 疟原虫经过数次裂殖体的阶段后，一部分的裂殖子会侵入红血球中发育。 它们的细胞核不再分裂，反而增大；细胞质增多，步伸出伪足。最后会 发育成爲配子体。配子体的形状从圆形到新月形不等，且有雌雄之分。 雌体较大，雄体较小。
5， Site-specific editing of a parasite drugresistance locus Whole-genome sequencing revealed no detectable off-target activity of the pfcrttargeting ZFN pairs in two representative recombinant lines (106/113/15mut1 and 106/114/15mut1). We found no evidence of any rearrangement of the pfcrt locus in these edited lines, and we confirmed 100% incorporation of the K76I mutation