Melbourne-forskare har tagit ett betydande steg mot att utveckla ett nytt vaccin mot malaria, avslöjar för första gången en "atomisk skala" ritning av hur parasiten invaderar mänskliga celler.

Genom att använda den Nobelprisbelönta teknologin cryo-EM (kryo-elektronmikroskopi), forskarna kartlade den tidigare dolda första kontakten mellan Plasmodium vivax malariaparasiter och unga röda blodkroppar de invaderar för att börja sprida parasiterna i hela kroppen. Upptäckten publicerades idag i Natur .

Docent Wai-Hong Tham och Dr Jakub Gruszczyk från Melbournes Walter and Eliza Hall Institute - i samarbete med Dr Rick Huang och Dr Zhiheng Yu vid Howard Hughes Medical Institute (USA) - löste mysteriet med parasitens molekylära maskineri. används för att fästa vid röda blodkroppar.

Detta viktiga steg i malarialivscykeln är början på de klassiska symtom som är förknippade med malaria – feber, frossa, obehag, diarré och kräkningar – som kan pågå i veckor eller till och med längre.

Cryo-EM tillhandahåller vaccinnyckel

Tidigare i år, upptäckte laget P. vivax parasiter använder den mänskliga transferrinreceptorn för att få tillgång till röda blodkroppar, en studie de publicerade i Science. Nu, med hjälp av revolutionerande cryo-EM-teknik, Docent Tham sa att teamet kunde övervinna tidigare tekniska utmaningar för att visualisera interaktionen på atomnivå.

"Vi har nu kartlagt, ner till atomnivå, exakt hur parasiten interagerar med den mänskliga transferrinreceptorn, " sa docent Tham.

"Detta är avgörande för att ta vårt ursprungliga fynd till nästa steg – att utveckla potentiella nya antimalarialäkemedel och vacciner. Cryo-EM öppnar verkligen dörrar för forskare att visualisera strukturer som tidigare var för stora och komplexa för att "lösa" tidigare."

P. vivax är den mest utbredda malariaparasiten i världen, och den dominerande orsaken till malaria i de allra flesta länder utanför Afrika. På grund av dess benägenhet att "gömma" oupptäckt av immunsystemet i en persons lever, det är också parasiten nummer ett som är ansvarig för återkommande malariainfektioner.

Guidad av 3D-kartan, Docent Tham sa att laget kunde reta ut de exakta detaljerna i interaktionen mellan parasit och värd, identifiera dess mest sårbara platser.

"Det är i grunden en designutmaning. P. vivax parasiter är otroligt olika – vilket är utmanande för vaccinutveckling. Vi har nu identifierat det molekylära maskineriet som skulle vara det bästa målet för ett antimalariavaccin som är effektivt mot det bredaste utbudet av P. vivax parasiter, " Hon sa.

"Med denna oöverträffade detaljnivå, vi kan nu börja designa nya terapier som specifikt riktar in och stör parasitens invasionsmaskineri, förhindrar malariaparasiter från att kapa mänskliga röda blodkroppar för att spridas genom blodet och, i sista hand, överföras till andra."

Utnyttja svaga punkter

Dr Gruszczyk sa att teamet också "löste" hur antimalariaantikroppar binder till och blockerar P. vivax parasiter för att hindra dem från att invadera röda blodkroppar, med hjälp av röntgenkristallografianläggningar vid Australian Synchrotron.

"Med denna kristallkarta, vi har identifierat ytterligare "svaga punkter" som skulle kunna utnyttjas som terapeutiska mål. Informationen gör att vi kan gå tillbaka till parasiten och dra ut den del av proteinet som kommer att göra det bästa möjliga vaccinet, " sa Dr Gruszczyk.