Cross-disciplinary approaches for measuring parasitic helminth viability and phenotype

ABSTRACT

Parasitic worms (helminths) within the Phyla Nematoda and Platyhelminthes are responsible for some of the most debilitating and chronic infectious diseases of human and animal populations across the globe. As no subunit vaccine for any parasitic helminth is close to being developed, the frontline strategy for intervention is administration of therapeutic, anthelmintic drugs. Worryingly, and unsurprising due to co-evolutionary mechanisms, many of these worms are developing resistance to the limited compound classes currently being used. This unfortunate reality has led to a renaissance in next generation anthelmintic discovery within both academic and industrial sectors. However, a major bottleneck in this process is the lack of quantitative methods for screening large numbers of small molecules for their effects on the whole organism. Development of methodologies that can objectively and rapidly distinguish helminth viability or phenotype would be an invaluable tool in the anthelmintic discovery pipeline. Towards this end, we describe how several basic techniques currently used to assess single cell eukaryote viability have been successfully applied to parasitic helminths. We additionally demonstrate how some of these methodologies have been adopted for high-throughput use and further modified for assessing worm phenotype. Continued development in this area is aimed at increasing the rate by which novel anthelmintics are identified and subsequently translated into everyday, practical applications.

RESUMO

Vermes parasíticos (helmintos) dos filos Nematoda e Platelmintos são responsáveis por algumas das doenças infecciosas crônicas e mais debilitantes das populações humana e animal em todo o globo. Já que nenhuma vacina está prestes a ser desenvolvida para nenhum parasita helmíntico, a frente estratégica de intervenção é a administração de drogas terapêuticas anti-helmínticas. De maneira preocupante, e não surpreendente devido a mecanismos coevolutivos, muitos destes vermes estão desenvolvendo resistência às limitadas classes de compostos que têm sido usados no momento. Esta infeliz realidade levou a um renascimento na descoberta de uma nova geração de anti-helmínticos tanto no setor acadêmico quanto no industrial. Contudo, um importante gargalo neste processo é a falta de métodos quantitativos para testar um grande número de pequenas moléculas em relação aos efeitos sobre o organismo inteiro. O desenvolvimento de metodologias que possam distinguir objetiva e rapidamente a viabilidade dos helmintos ou o fenótipo seria uma ferramenta valiosa para canalizar a descoberta de anti-helmínticos. Para este fim, descrevemos aqui como muitas técnicas básicas, correntemente usadas para avaliar a viabilidade de células únicas de eucariotos, têm sido aplicadas com sucesso para helmintos parasíticos. Adicionalmente demonstramos como algumas destas metodologias foram adotadas para uso em larga escala e além disso modificadas para avaliar o fenótipo de vermes. O desenvolvimento contínuo nesta área está voltado para aumentar a taxa com que novos anti-helmínticos são identificados e subsequentemente traduzidos em aplicações práticas cotidianas.