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蚊子基因组开辟了减少昆虫传播疾病的新途径

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-09-26浏览次数:1224

蚊子埃及伊蚊是一种强大而丰富的物种:它栖息在六大洲,携带致命的病毒,可以放弃叮咬。但直到最近,它的基因组仍然被毁了。

在过去十年中,试图研究蚊子DNA的研究人员只有可以使用的片段 - 遗传样本不会聚集在一起形成一个有凝聚力的整体。然而,由洛克菲勒科学家领导的一项多机构研究最近为埃及的伊蚊基因组制作了一个新的蓝图,该蓝图大大改进了其前身。该研究发表在Nature杂志上,描述了这种新资源的重要应用,包括减少蚊子传播疾病的多种策略。

建立更好的基因组

像其他几种蚊子一样,Ae。埃及伊蚊带有有害的病原体,包括寨卡病毒,登革热和黄热病,每年将这些疾病传播给数亿人。许多研究人员认为,控制感染的最佳方法是更好地了解感染者。为此,2007年科学家对蚊子的大型重复基因组进行了测序。虽然这项努力的结果使得十多年的蚊子遗传研究成为可能,但当时的技术是有限的,并且基因组具有显着的缺点。

Leslie B. Vosshall实验室的研究专家Ben Matthews说:“在基因组的许多部分,我们不确定它们是如何组合的,我们不确定它是否完整。” “如果你不相信DNA序列组装正确,你就不会走得太远。”

洛克菲勒的科学家并不是唯一受可疑DNA数据阻碍的科学家。马修斯回忆起与其他机构的蚊子研究人员会面,他们的项目由于缺乏可靠的遗传信息而变得太耗时或完全不可能。随着2016年寨卡病毒的爆发,科学家们因疾病成为公共卫生危机而感到沮丧。 Vosshall,Robin Chemers Neustein教授认为是时候采取行动了。

“我听说我的实验室成员找不到我们正在研究的基因的完整版本,”她说。 “所以我把我的挫败感带到推特上,并迅速组建了伊蚊基因组工作组。”

Vosshall和她的同事们与来自世界各地的大学和行业合作伙伴合作,以获得基因组学的最新进展。该团队首先发送了一份Ae样本。太平洋生物科学公司的aegyptiDNA,其技术使基因序列比2007年更长。接下来,Bionano Genomics的科学家确定了这些长序列如何组合在一起。最后,贝勒大学的研究人员使用一种名为Hi-C的方法来确定序列在整个染色体上的排列方式。

“这是一项昂贵的工作,如果没有我们公司合作伙伴的工具和专业知识的捐赠,我们就无法取得成功,”Vosshall说。 “4,143封电子邮件和1,102天后,发表这篇论文非常令人满意!”

该合作产生了一个全面的Ae目录。 aegyptiDNA - 一种与它来自的物种一样强大的基因组。该团队浪费了他们工作时间的新工具。

了解敌人

研究人员配备了高质量的基因组蓝图,描述了以前未识别的基因。例如,他们发现了编码许多新型离子型受体(IR)的基因,这些受体可检测环境中的气味,并帮助将蚊子引导到重要位置,例如产卵的地方,或成熟裸露的膝盖,用于觅食。随着关于IR的新遗传细节,研究人员现在可以开发新的驱虫剂,干扰蚊子发现和咬我们的能力。

在分析基因组时,研究人员还指出,一些蚊子有多个拷贝的编码谷胱甘肽S-转移酶(GST)的基因,它可以中和农药的毒性作用。马修斯说,这一发现显示了Ae。埃及伊蚊通过添加破坏旨在杀死它们的化学物质的基因,不断发展以保护自己免受人工毒素的侵害。这一发现可以帮助研究人员制造化学品并消除对现有杀虫剂具有抗药性的蚊子。

一种更环保的策略,针对携带疾病的蠕虫,而不是直接杀死它们,而是以对人类威胁较小的方式修复它们的基因。研究人员报告说,他们的新基因组研究为如何完成这种遗传调整提供了一些想法。

第一个涉及一点性别歧视。只有女性Ae。埃及的血腥盛宴;因此,减少女性需要减少病毒的传播。通过咨询新的基因组,研究人员可以确定负责确定蚊子性别的基因,这一发现可用于设计仅限雄性的种群。并且,正如马修斯所说:“没有女人,没有叮咬,没有疾病。”

然而,并非所有雌性蚊子都携带病毒。例如,研究人员知道一些Ae。埃及伊蚊不能感染登革热病毒,因此不能传染给人类。利用新的基因组,该团队能够确定控制病毒易感性的基因的位置。通过进一步的研究,科学家可以改变Ae。埃及伊蚊的DNA使该物种无法传播疾病。

“为了有效地编辑蚊子基因组,你不仅需要了解所涉及基因的序列,”马修斯说。 “你还需要了解周围DNA区域的序列,以便知道在哪里插入所需的基因。这就是为什么这个新的基因组是正确和完整的。”

一系列改进

这些发现仅突出了基因组潜在应用的一小部分。 Vosshall Labs正在积极地使用这个工具进行新的实验 - 而且他们并不孤单。在他们的研究正式发表前一年,该小组在线发表了他们的基因组。几乎立即,世界各地的科学家开始将这些数据纳入他们的研究中。

“一旦基因组公开,人们就会开始深入研究它,”马修斯说。 “成千上万,甚至数百个实验室都在工作中使用过它,这个数字只会随着我们论文的发表而增长。”

这项研究不仅可以帮助研究蚊子的科学家,也可以帮助那些试图提高不同物种基因组资源质量和可用性的人。

“除了获得最好的基因组埃及伊蚊。我们还提出了如何组装这样一个棘手的基因组的路线图 - 不需要72位共同作者和三年的工作,“马修斯说。 “这制定了采取任何生物体并将其变成可遗传和易处理的动物的策略。我认为这真的令人兴奋。“