疟原虫在人宿主与蚊媒之间的传播周期(上)及不同周期寄生虫细胞基因活性图谱(下)。每种颜色代表生命周期的一个阶段。来源:Real等。

 

研究人员已经详细绘制了疟原虫在感染人类之前所经历的基因变化。

 

该图谱以前所未有的细胞细节描绘了疟原虫恶性疟原虫在蚊子体内的发育过程，并准备通过叮咬感染人类。这项详细的调查可能会导致新的方法来阻止寄生虫发展的关键阶段，并防止通过未来的药物或疫苗传播。

 

蚊子对杀虫剂的抗药性越来越强，导致疟疾的寄生虫对抗疟药物的抗药性也越来越强。2019年，估计有2.29亿例疟疾病例和40.9万人死亡，其中大多数是撒哈拉以南非洲的儿童。

 

为了重振药物或疫苗发现方面的努力，来自伦敦帝国理工学院(Imperial College London)杰克·鲍姆(Jake Baum)教授实验室和来自威康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)马拉·劳尼克扎克(Mara Lawniczak)博士实验室的一个团队对人类疟疾寄生虫恶性疟原虫进行了前所未有的详细检查。他们的研究结果发表在今天(2021年5月27日)的《自然通讯》杂志上。

 

人类疟疾寄生虫基因活动

 

疟原虫在不同生命周期阶段的基因活性三维图。来源:Real等。天富平台

 

恶性疟原虫在进入蚊子的唾液腺之前在蚊子的中肠发育，当蚊子叮咬时就会感染人类。在这些阶段，寄生虫会经历许多对其发育和传播能力很重要的阶段，包括转变为不同的形式。

 

研究小组通过分析整个过程中的基因活动来追踪这些阶段是如何被控制的。他们分离出了不同形式的寄生虫，并产生了1467个“转录组”——显示出单个细胞中哪些基因在不同阶段被开启或关闭的图谱。

 

基因是打开时,指示细胞做出不同的蛋白质和推动发展变化,如导致寄生虫退出中肠和殖民蚊子的唾液腺,或穿过人体细胞到达肝脏,寄生虫的准备入侵人体细胞。天富平台

 

了解这些过程在细胞水平上是如何工作的，可以向研究人员揭示新的目标，可以阻止发展，防止寄生虫的传播。

 

艾丽亚娜一直真正的博士,在帝国的生命科学,说:“是直接基于human-infective寄生虫,疟疾控制的新的数据有明显的影响,也越来越关注传播阻断策略无论是药物杀死寄生虫阶段和保护性疫苗间移动时。了解寄生虫在蚊子媒介内的转录行为，为未来肯定会出现的新策略提供了基础。”

 

除了调查寄生虫的整个传播周期外，该团队还关注了所谓的孢子子阶段:蚊子叮咬时释放到人体皮肤中的形式。他们在蚊子发育期间从蚊子体内分离出寄生虫，并在被叮咬后分离出与人类皮肤细胞相互作用的孢子子。通过这样做，他们能够找到基因表达的特定模式，这些模式定义了这些过程中的每个关键阶段。

 

以前来自Wellcome Sanger研究所、现在位于格拉斯哥大学的Virginia Howick博士说:“这种细粒度使我们能够追踪孢子子的发育过程，并提出每个步骤所必需的新机制靶点，以及未来阻断疟疾感染的疫苗靶点。”

 

该团队还能够将他们的数据与来自相关寄生虫柏格疟原虫(Plasmodium berghei)的类似数据集进行比较。柏格疟原虫是一种啮齿动物疟疾寄生虫，经常被用作实验室研究疟疾疾病的模型。这表明了哪些基因在物种之间是共通的，哪些基因是人类版本的疟原虫所特有的。

 

帝国理工大学生命科学系的Farah Dahalan博士说:“在个体寄生虫的整个生命周期中，这种水平的基因监测将为研究人员发现以前未探索的疟原虫细胞生物学元素提供宝贵的资源，比较疟原虫物种生物学以及针对特定途径的控制方法的发展，或为改进疫苗奠定基础。”

 

研究人员在一个交互式网站上提供了他们所有的数据，在这个网站上，疟原虫生命周期任何阶段的任何基因的转录谱都可以轻松和自由地查看。