Single cell transcriptomics of Leishmania donovani throughout its development in its natural sand fly vector Phlebotomus argentipes

Parasietvectoren zijn niet zomaar een "vliegende spuit", maar zij bieden een specifieke omgeving waarin zich cruciale gebeurtenissen afspelen voor het resetten van de virulentie van de parasiet, voor de overdracht op gewervelde gastheren en voor de recombinatie van de parasiet. In het geval van het Leishmania-zandvliegpaar leidt een complexe ontwikkeling van de parasiet
door verschillende levensstadia in de generatie van metacyclics, een levensstadium dat is voorbestemd voor infectie van zoogdieren. Het inzicht in de moleculaire gebeurtenissen die aan deze ontwikkeling ten grondslag liggen, blijft een belangrijke leemte in de kennis, die de zoektocht naar levensfase-specifieke moleculaire merkers ondersteunt.
Door een samenwerking met een wereldleider in zandvliegbiologie (CUNI), zullen we gebruik maken van single cell RNAseq (scRNAseq) om de gemoduleerde pathways tijdens de ontwikkeling van L. donovani in zijn natuurlijke zandvliegvector te karakteriseren, de dynamiek van moleculaire adaptatie en de moleculaire heterogeniteit van de parasieten op verschillende tijdstippen van de ontwikkeling. Dit project zal bijdragen tot de ontwikkeling op het ITM van een model van Leishmania infectie van de zandvlieg, gebruik makend van het 'natuurlijke' koppel L. donovani/P. argentipes en tot de versterking van de capaciteiten voor (sc)RNAseq en bio-informatica op het ITM en CUNI. Naast het effenen van de weg naar een volledig voorstel*, zal LEISH-ILIAD markers leveren voor epidemiologische monitoring van viscerale leishmaniasis (besmettelijkheid van zandvliegen, vectorcompetentie) en een model bieden dat als leidraad zal dienen voor nieuwe, op vectoren gebaseerde transmissieblokkerende vaccins.

Parasite vectors are not simply a ‘flying syringe’ but they provide a specific environment hosting crucial events for resetting the parasite’s virulence, for transmission to vertebrate hosts and for parasite recombination. In case of the Leishmania-sand fly pair, a complex development of the parasite
through different life stages culminates in the generation of metacyclics, a life stage pre-adapted for infection of mammals. The understanding of the molecular events underlying this development remains a major knowledge gap, supporting the pursuit for life stage-specific molecular markers.
Through a collaboration with a world leader in sand fly biology (CUNI#), we will use single cell RNAseq (scRNAseq) to characterize the pathways modulated during the development of L. donovani in its natural sand fly vector, the dynamics of molecular adaptation and the molecular heterogeneity of the
parasites at different time points of the development. This project will contribute to develop at ITM a model of Leishmania infection of sand fly, using the ‘natural’ couple L. donovani/P. argentipes and to strengthen capacities for (sc)RNAseq and bio-informatics at ITM and CUNI. Besides paving the way to a full proposal*, LEISH-ILIAD will provide markers for epidemiological monitoring of visceral
leishmaniasis (infectiousness of sand flies, vector competence) and offer a model that will guide novel vector-based transmission-blocking vaccines.