Exploring an uncommon host-parasite interaction to unveil the uniqueness of Perkinsus sp as a model organism

We report the exploration of some unique metabolic pathways in Perkinsus olseni a marine protist parasite, responsible to significant mortalities in mollusks, especially in bivalves all around the world. In Algarve, south of Portugal carpet shell clam Ruditapes decussatus mortalities can reach up to 70%, causing social and economic losses. The objective of studying those unique pathways, is finding new therapeutic strategies capable of controlling/eliminating P. olseni proliferation in clams. In that sense metabolic pathways, were explored, and drugs affecting these cycles were tested for activity. The first step involved the identification of the genes behind those pathways, the reconstitution of the main steps, and molecular characterization of those genes and later on, the identification of possible targets within the genes studied. Metabolic cycles were screened due to the fact of not being present in host or differ in a critical way, such as the following pathways: shikimate, MEP-­‐ isoprenoids, Leloir cycle for chitin production, purine biosynthesis (unique among protists), the de novo synthesis of folates (absent in metazoa) and some unique genes like, the alternative oxidase (a branch of respiratory chain) and the hypoxia sensor HPH. All those pathways were covered and possible chemical inhibition using therapeutic drugs was tested with positive results. The relation between the common host Ruditapes decussatus and P. olseni was also explored in a dimension not possible some years ago. With the accessibility to second generation sequencers and microarray analysis platforms, genes involved in host defense or parasite virulence and resistance to the host were deciphered, allowing aiming to new targets (mechanisms and pathways), offering new possibilities for the control of Perkinsus in close environments. The thousands of genes, generated by this work, sequenced and analyzed from this commercial valuable clam and for Perkinsus olseni will be an important and value tool for the scientific community, allowing a better understanding of host-­‐parasite interactions, promoting the usage of P. olseni as an emerging model for alveolata parasites.

Neste trabalho é descrito a exploração de algumas vias metabólicas únicas em Perkinsus olseni, um protista parasita marinho, responsável por mortalidades significativas em moluscos, especialmente em bivalves por todo o mundo. No algarve, a sul de Portugal as mortalidades da amêijoa boa Ruditapes decussatus podem ultrapassar 70%, sendo responsáveis por grandes prejuízos económico-­‐sociais. O objectivo de estudar estas vias únicas é encontrar novas estratégias terapêuticas para controlar/eliminar a proliferação do P. olseni em amêijoas. Para tal, várias vias metabólicas foram exploradas e drogas que pudessem afectar esses ciclos foram testadas em termos de inibição. O primeiro passo envolveu a identificação dos genes por de trás dessas vias, a reconstrução dos principais passos e a caracterização molecular dos mesmos, seguida da identificação dos possíveis alvos nos genes em estudo. As vias metabólicas foram escolhidas porque ou não estão presentes no hospedeiro ou são crucialmente diferentes como as seguinte vias: shikimate, MEP-­‐ isoprenoides, ciclo de Leloir cycle para a produção de quitina, biossíntese de purinas (única entre parasitas protistas), a biosíntese de folates (ausente em metazoa) e alguns genes únicos como, a oxidase alternativa (um atalho da cadeia respiratória) e um sensor de oxigénio, HPH. Todos estes metabolismos foram abordados e algumas drogas foram testadas com sucesso. A relação entre o hospedeiro mais comum, a R. decussatus, com o P. olseni foi explorada numa dimensão impossível a alguns anos atrás. Com a crescente acessibilidade a sequenciadores de segunda geração e a plataformas de análise de microarrays, os genes envolvidos na resposta do hospedeiro ou na virulência do parasita foram sendo decifrados, revelando novos alvos (mecanismos e vias metabólicas), oferecendo a possibilidade de controlar infestações do P. olseni em ambientes fechados. Neste trabalho, milhares de genes relativos à amêijoa e ao seu parasita foram revelados, tendo sido sequenciados e analisados, tornando-­‐se numa ferramenta importante e de grande valor para a comunidade científica. Tal permite compreender melhor a relação entre hospedeiro e parasita, promovendo a utilização do P. olseni como um modelo emergente para o estudo dos alveolatas.

Universidade do Algarve, Faculdade de Ciências e Tecnologia