Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Makrocykliska laktoner (ML) är ett viktig anthelmintika som används mycket. Den utbredda användningen har lett till att nematoder har utvecklat läkemedelsresistens. För att bekämpa det måste nya metoder tas fram för att hitta genetiska markörer som på ett tidigt stadie kan identifiera resistenta nematoder. Därför pågår mycket forskning om bakomliggande mekanismer för resistens mot ML hos parasiter. Syftet med det här litteraturarbetet är att ta reda på vilka mekanismer för resistens mot ML som nematoderna Caenorhabditis elegans, Cooperia oncophora och Haemonchus contortus har utvecklat. Jag kommer även att jämföra om det finns ett samband för hur dessa tre nematoder utvecklar resistens. C. elegans som är en frilevande nematod och är lätt att odla i laboratoriemiljö, och används därför som en modellorganism. C. oncophora och H. contortus är parasiter som infekterar nötkreatur och får och de kan inte odlas i laboratoriemiljö. Arbetet jämför även olika mekanismer för resistens mot ivermektin (IVM) och moxidektin (MOX) som är två olika substanser inom ML-gruppen.

ML verkar genom att binda till glutamatreglerade kloridjonkanaler (GluCl) och leder till paralys hos nematoden genom influx av kloridjoner. GluCl är en jonkanal som finns hos nematoder och den består av fem olika subenheter som kodas av fem olika gener. Forskarna antar att GluCl är en möjlig mekanism för resistens eftersom det är en verkningsmekanism för ML. Flera studier på detta har visat att det är vissa gener som är mer relevanta som mekanism för resistens än andra. De är framför allt genen avr-14 hos de tre nematoderna och även generna avr-15 och glc-1 hos C. elegans och glc-5 hos H. contortus.

ATP-binding cassette (ABC) transportörer transporterar olika substrat över membran. Det finns många olika gener som styr ABC transportörer. Det antas att ABC transportörer är en mekanism för resistens då de pumpar ML över membranet och därigenom sänks läkemedelskoncentrationen och nematoderna klarar av behandlingen. Det har visats att ML är ett utmärkt substrat för dessa ABC transportörer. Studier visar att det är många ABC transportör-gener som har koppling till resistens genom att uppregleras vid behandling med ML.

När mekanismerna för resistens jämförs mellan nematoderna ses ett litet samband mellan C. elegans och C. oncophora, vilka delar gemensamma mutationer både på GluCl som leder till att ML inte kan binda in och utöva sin effekt. C. elegans och C. oncophora visar även en uppreglering av samma ABC transportörer. H. contortus däremot delar inte samma mekanismer när det kommer till GluCl. Det är svårt att jämföra vissa ABC transportörer då det inte finns lika mycket forskning inom det området hos H. contortus.

När IVM och MOX jämförs ser man tydligt att det är skillnad mellan dessa substanser med avseende på mekanismer för resistens. Dock är studierna som det grundar sig på gjorda på C. elegans och C. oncophora men inte H. contortus. Det skulle därför vara intressant om det gjordes fler studier på det.

Min slutsats är att mer forskning behövs på nematoderna och de olika substanserna inom ML-gruppen separat då det finns skillnader mellan dem. Samtidigt tycker jag att GluCl och ABC transportörerna borde studeras gemensamt då jag tror att de båda är viktiga mekanismer och att de säkert samspelar vid resistens hos nematoder.

Macrocyclic lactones (ML) are an important anthelmintic with high usage. The high usage has led to nematodes developing drug resistance. To combat this new methods are needed to find genetic markers that can identify resistant nematodes at an early stage. Because of this a lot of research is done on the underlying mechanisms of resistance to ML in parasites. The purpose of this review is to ascertain the mechanisms of resistance against ML that Caenorhabditis elegans, Cooperia oncophora and Haemonchus contortus have developed. I also compare these mechanisms to ascertain if there are any connections between how the three nematodes develop resistance. C. elegans is a free living nematode that is easy to grow in a laboratory environment, and is therefore used as a model organism. C. oncophora and H. contortus are parasites that infect cattle and sheep and cannot be grown in a laboratory environment. This review also compares ivermectin (IVM) and moxidectin (MOX) which are substrates in the ML-group.

The mode of action of ML is through glutamate-gated chloride channels (GluCl) and leads to paralysis in the nematode through influx of chloride ions. GluCl is an ion channel found in nematodes and it consists of five different subunits encoded by five different genes. The scientists assume that GluCl is a good candidate of resistance because that is the binding site of ML. Studies have shown that there are some genes that are more relevant as a mechanism of resistance than others. These are in particular the gene avr-14 in all three nematodes and also the genes avr-15 and glc-1 in C. elegans and glc-5 in H. contortus.

ATP-binding cassette (ABC) transporters transport different substrates over membranes. There exists many different genes that control ABC transporters. It is assumed that ABC transporters are a mechanism of resistance because they pump ML across the membrane and thereby lower the drug concentration in the parasite and the nematodes survive the treatment. It has been shown that ML is an excellent substrate for these ABC-transporters. Studies show that many of the ABC transporter genes have a connection to resistance by increased expression during treatment with ML.

When the mechanisms of resistance are compared between the nematodes a small connection can be seen between C. elegans and C. oncophora. They share mutations both on GluCl and increased expression of the same ABC transporters. H. contortus on the other hand does not share the same mechanisms when it comes to GluCl. It is hard to compare ABC transporters because there is not as much research on some of the ABC transporters on H. contortus.

When IVM and MOX are compared there is a clear difference between mechanisms of resistance for these two substances. However the studies this is based on are done on C. elegans and C. oncophora but not H. contortus. It would therefore be interesting if more studies were done on this.

My conclusion is that we should do research on nematodes and the different substances within the ML group separately since there are differences between them. At the same time I think GluCl and ABC transporters ought to be studied collectively because I think they are both important mechanisms and they probably interact in the resistance of nematodes.