生物学家使用新的资助来寻找消除血吸虫病的方法

德克萨斯大学阿灵顿分校的一位生物学家正在使用一项新的资助来寻找治愈疾病的方法，这种疾病已经顽固地抵制了根除它的所有尝试。Todd Castoe，生物学副教授，共同研究国家卫生研究院提供的一项为期五年，340万美元的资助，题为“消除边缘的血吸虫病：描述残留传播热点新感染的来源。 “ Castoe的部分资金为115.9万美元。

该项目使用尖端的基因组方法 - 由Castoe和他的学生在他的实验室和位于UTA校园内的最先进的北德克萨斯基因组中心的设备上进行 - 了解寄生虫的原因疾病血吸虫病持续存在于已实施广泛控制措施的地区。

血吸虫病是由寄生虫引起的急性和慢性疾病，仅次于疟疾是最具破坏性的寄生虫病。它影响着全世界2亿多人，主要是热带和亚热带地区，尤其是贫困社区，无法获得安全的饮用水和适当的卫生设施。中国和其他国家的流行病学家一直在研究血吸虫病并试图消灭血吸虫病超过十年。他们已经能够在某些地区实现99%的根除率，但这种疾病已经完全被消灭了。

“我们想知道这种疾病是什么，即使面对积极的控制措施，它也能持续存在，”Castoe说。“摆脱血吸虫病非常重要，但该项目的范围远大于学习如何在世界任何一个地区消除这种疾病。

“这项研究的真正重要性在于了解为什么我们不能完全消除这种寄生虫病，然后利用这些知识帮助指导其他地方的这种和其他寄生虫疾病的根除运动。有一些关于传播模式使这种疾病长期存在的问题我们目前还不了解。我们想知道最终游戏中这种和其他寄生虫病的生物学有什么独特之处，因为控制在减少疾病方面相当有效，但无法实现根除。

Castoe正在与科罗拉多大学医学院的首席研究员Elizabeth Carlton和共同研究员David Pollock一起开展这个项目。在2012年来到UTA之前，Castoe在波洛克实验室担任了五年的博士后研究员。

“卡尔顿博士联系波洛克博士寻求该项目的帮助，他与我联系，因为我一直在从许多个体样本中生成基因组数据的研究很好地补充了他们的目标，”Castoe说。“利用基因组测序，该项目将提供前所未有的洞察力，透过主机，跨越地理区域和时间的传播模式。这将有助于我们了解如何预防感染并推进实现血吸虫病和其他人类蠕虫病的永久性减少的努力[蠕虫感染]。“

导致血吸虫病的寄生虫在某些类型的淡水蜗牛中生活的一部分。被称为尾蚴的寄生虫的传染性形式从蜗牛出现在水中，然后在常规的农业，职业和娱乐活动中感染人。学龄儿童缺乏适当的卫生和活动，如在受感染的水中游泳或钓鱼，使他们特别容易受到感染。

“该项目更令人兴奋的部分之一是利用测序技术的进步来提高我们减少和可能消除被忽视的热带病的能力，”卡尔顿说。“由于他在测序技术方面的专业知识，Castoe博士是一个显而易见的选择。他处于领域的最前沿，并且让他加入团队的一件好事就是他总是在考虑我们如何利用基因组测序的最新进展，高效，有效地回答我们的研究问题。“

Carlton解释说，研究人员正在使用新的基因组测序技术来绘制寄生虫的祖先，以确定可能作为新感染源的人或动物宿主。他们随着时间的推移跟踪人类和动物种群，测试它们是否感染并测量风险因素。

“我们正在研究感染的新领域，我们无法消除它的热点，”Castoe说。“我们在这个项目中学到的许多东西都可以在全球范围内应用于许多低收入和中等收入国家的各种寄生虫病。这就是目标。”

理学院院长Morteza Khaledi对Castoe及其同事所做的工作表示赞赏，并表示它有可能对健康和人类状况产生深远的影响，这是UTA 2020战略计划的主要支柱之一：Bold Solutions | 全球影响力。

“Castoe博士是基因组测序领域的领导者，该项目将从他在该领域的专业知识中受益匪浅，”Kh​​aledi说。“他和他的同事在这项研究中所做的工作有可能在世界范围内应用，并且在对抗寄生虫病方面具有巨大的益处。”

Castoe还有另外两个联邦资助的主要项目正在进行中，这两个项目都涉及蛇的基因组研究，但寻求回答根本不同的问题。

NSF项目旨在了解响尾蛇中物种选择和基因流动的作用

这些项目中的第一个项目名为“西方响尾蛇的系统学，渐渗和适应：用于研究基因流动，选择和物种形成的模型系统”，由美国国家科学基金会环境生物学部提供的4年867,402美元资助。Castoe是首席调查员; 共同PI是UTA生物学副教授Matthew Fujita; Stephen Mackessy，北科罗拉多大学生物科学学院教授; 和塔尔顿州立大学生物科学助理教授Jesse Meik获得博士学位。2009年UTA的定量生物学研究。

该研究的重点是西方响尾蛇及其近亲作为研究物种形成基本过程的模型系统。

“尽管进行了大量研究，但自然选择在物种形成和防止物种间杂交方面的作用仍然知之甚少，”Castoe说。“在瞬息万变的世界中，迫切需要了解这些过程在物种形成中的重要性以及这些过程对科学家如何识别和命名物种的影响。”

研究人员将研究遗传，毒液蛋白和解剖学数据，以测试自然选择如何塑造和维持物种，然后使用结果测试几种方法，以适当地识别自然界中的物种。“基本上，我们正在使用响尾蛇作为模型，以了解物种形成的一些重要特征如何在自然界中发挥作用，”Castoe说。

研究人员解释说，以前的研究不同意在这组蛇中应该识别出多少物种，并且由于毒液生物化学的差异，不同的种群会因蛇咬而产生各种症状。他们的目标是通过开发一个理解和适当识别物种的新系统来解决这些问题; 提供对物种形成过程的新见解; 开发识别物种的新方法; 并在北美提炼蛇咬伤的适当医疗。

该项目还包括一项公共宣传计划，其中将包括教育工具，将在达拉斯和丹佛动物园进行，从而每年接触数百万游客。

NSF关于调节肠道形态，功能和再生的项目

第二个项目名为“合作研究：肠道形态和功能调节的综合机制”，由NSF的综合有机体系统部提供的一项为期四年，120万美元的拨款资助。

Castoe是首席研究员，由联合首席研究员Saiful Chowdhury，UTA化学和生物化学副教授以及斯塔塞科尔加入该研究，他是塔斯卡卢萨阿拉巴马大学生物科学系教授，领导并行研究。

脊椎动物表现出广泛的生理能力，以改变与其摄食习惯相适应的肠道表现。该项目的目标是了解一些脊椎动物 - 包括有时在两餐之间长时间服用的蛇 - 如何以及为什么在喂食时经历肠道形式和功能的快速变化，以及消化完成后随后的肠道萎缩。这与经常喂食并且仅经历肠道形式和功能的适度变化的蛇形成鲜明对比。

例如，对于广泛调节的缅甸蟒，已知喂食引发超过1,000个肠基因的差异表达。这些蛇经历了每次主要膳食的极端再生肠道生长，了解任何脊椎动物如何实现这样的壮举可能是理解如何指导其他脊椎动物如人类再生生长的关键。

“我们不知道构成肠道结构和功能灵活性的细胞和分子机制，以及这些机制是否在脊椎动物中共享，同样广泛或狭窄地调节肠道表现，”Castoe说。“通过利用蛇和其他脊椎动物以及最近可获得的基因组资源所显示的肠道反应的极端范围，该研究计划将确定肠道灵活性的潜在机制，并测试这些机制是否在谱系和调节表型中共享或独特。

“最终，研究表现出再生肠道生长的其他脊椎动物可以在学习如何控制人体组织再生方面取得突破。”

研究人员正在通过追求三个目标来解决这些广泛的问题。首先，他们正在寻找确定肠道形式和再生调节基础的细胞和结构机制，以及形式是否严格决定肠功能的调节。其次，他们试图将转录和翻译后机制与肠结构和功能的表型变化联系起来。第三，他们想测试共有的或独特的分子机制是否会在脊椎动物中产生相似的表型反应。

“单独研究基因表达并不能提供系统功能的完整图像。蛋白质的表达和修饰在细胞功能中起着重要作用，”Chowdhury说。“我们正在从蛇的肠组织中提取蛋白质，并使用质谱法对它们进行测序。使用相同的基于质谱的蛋白质组学方法，我们还确定蛋白质中的磷酸盐修饰位点。进食前后的肠 - 组织蛋白质组学分析，帮助我们了解与蛇的肠道再生相关的蛋白质相互作用网络和信号级联。“

Chowdhury认为这个项目是第一个将基因组学和蛋白质组学信息结合起来，以了解推动蛇类肠道功能发生重大变化的分子机制。

“最终，这项研究将确定脊椎动物调节肠道形态和功能的信号和结构机制，并确定所有脊椎动物似乎拥有的可能指导肠道再生能力的途径，”Castoe说。“我们想要了解脊椎动物如何在分子水平上控制肠道形态和功能的变化，并测试一些极端脊椎动物例如蛇的再生能力是否可以转化为其他脊椎动物如人类。”

NSF项目共同利用基因组测序技术的巨大进步来解决有关推动自然形态和功能多样化的过程的问题。这些基础研究的许多潜在发现对于理解人类基因组多样性和人类健康具有广泛的影响。

“对于这两个NSF项目，我们都在使用基因组学来回答有关生物学的基本问题，”Castoe说。