全基因组弓形虫筛查揭示了寄生虫感染的机制

怀特黑德研究所的研究人员在Apicomplexa进行了第一次全基因组筛选，Apicomplexa是一种引起疟疾，巴贝虫病，隐孢子虫病和弓形虫病的单细胞寄生虫门。屏幕将光线照射到广泛的，未经研究的寄生虫基因组中，揭示了例如所有apicomplexans共有的蛋白质。

怀特黑德研究员塞巴斯蒂安·卢里多说：“从来没有一种真正好的方式来观察任何apicomplexan寄生虫中所有基因的功能。” “我们已经引入了一种评估整个基因组功能的方法。这项技术可用于研究各种主题，从营养物获取和免疫压力反应到上位性和遗传相互作用。这是一个重要的飞跃。可以在这些寄生虫中进行调查。“

美国疾病控制和预防中心(CDC)估计，美国有超过6,000万人感染弓形虫。通过从感染的猫粪中摄取卵母细胞或通过食用含有弓形虫囊肿的未煮熟的肉来进行传播。感染后，一些健康人会出现一个月或更长时间的流感样症状，但这种疾病可导致免疫功能低下的癫痫发作和可能致命的脑炎，包括接受移植的患者，艾滋病毒/艾滋病患者，癌症患者，老年人和年轻人儿童。如果母亲在怀孕期间受到感染，她可以将寄生虫传染给她的胎儿，这可能导致流产，死产，大脑或眼睛受损或孩子听力丧失。

根据世界卫生组织(WHO)的数据，虽然弓形虫病可能是一种严重的疾病，但另一种apicomplexan，即导致疟疾的寄生虫恶性疟原虫，在2015年造成超过40万人死亡。由于刚地弓形虫和恶性疟原虫密切相关，因此弓形虫可以作为研究其更致命的表亲的模式生物。然而，对刚地弓形虫的研究由于科学家无法快速有效地敲除基因而受到阻碍。RNA干扰(RNAi)是评估许多生物体中基因功能的有效工具，在apicomplexans中基本上无效，而随机诱变很难解释，因为改变的基因很难识别。遗传杂交也很难实施，因为寄生虫的性阶段只发生在猫身上。

此外，使用CRISPR / Cas9编辑系统改变弓形虫基因组因Cas9酶的毒性而受到限制。为了克服这个障碍，Lourido实验室的科学家创造了一种“诱饵”单指导RNA，可有效减少Cas9在基因组上的过度活跃。使用这种“柔和的”CRISPR / Cas9系统，研究人员能够破坏弓形虫的8,158个基因并研究它们各自的功能。该方法鉴定了所有顶复门中存在的大约200个基因，这些基因有助于寄生虫在人类细胞感染期间的适应性。

其中一个基因编码一种蛋白质，该团队称其为claudin样apicomplexan microneme蛋白(CLAMP)，它对寄生虫对宿主细胞的侵袭有很强的影响。为了进一步分析蛋白质的作用并确认其对另一种apicomplexan的必要性，该团队与麻省理工学院的Jacquin Niles实验室合作，在恶性疟原虫中敲除蛋白质。没有功能性CLAMP，疟疾寄生虫不能在红细胞中生长。该团队的调查结果将于本周在Cell杂志上在线描述。

尽管全基因组CRISPR / Cas9系统在弓形虫中表现良好，但恶性疟原虫仍缺乏等效策略。

“疟疾很难以同样的方式操纵，”Lourido实验室的博士后研究员，同时也是Cell论文的共同作者Diego Huet说。“因为它的基因组是腺嘌呤(A) - 和富含胸腺嘧啶(T)，所以很难在你想要的地方产生切口。疟疾寄生虫也缺乏DNA修复的非同源末端连接途径，需要修复模板时用CRISPR / Cas9进行切割。这些问题代表了这种寄生虫中类似全基因组方法的技术障碍，使得弓形虫成为疟疾更重要的模型。我们可以研究这么多。“

Sourma Sidik是该研究的共同作者，也是Lourido实验室的研究助理。他补充说：“现在我们可以开始改变寄生虫所处的环境，看看它们是如何反应的。我们可以通过添加药物来添加环境，添加免疫压力，或尝试不同细胞类型的寄生虫入侵。我们可以在一周内击倒整个基因组，而在我们每月只能做一个基因之前。通过CRISPR筛选，可能性是无穷无尽的。