蚊子基因组开辟了减少传播疾病的新途径

蚊子埃及伊蚊是一种强大而丰富的物种：它遍布六大洲，可以携带致命的病毒，并且可以放弃叮咬。但直到最近，它的基因组还是破烂不堪。在过去的十年中，试图研究蚊子DNA的研究人员只有片段可以与遗传样本一起使用，这些遗传样本并没有形成一个有凝聚力的整体。然而，最近由洛克菲勒科学家领导的一项多机构研究产生了埃及伊蚊基因组的新蓝图，该蓝图大大改进了其前身。该研究发表在“ 自然”杂志上，描述了这一新资源的重要应用，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。埃及伊蚊携带有害的病原体，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，抑制感染的最佳方法是更好地了解感染者。为此，2007年科学家们对蚊子大而重复的基因组进行了测序。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：“基因组在很多部分中，我们不确定它们是如何组合在一起的，我们也不确定它是否完整。” “如果你不相信DNA序列是正确组装的，你就不会走得太远。”

洛克菲勒的科学家并不是唯一受到可疑DNA数据阻碍的科学家。马修斯回忆起会见其他机构的蚊子研究人员，他们的项目由于缺乏可靠的遗传信息而变得过于耗时或完全不可能。随着2016年寨卡病毒爆发，随着该疾病成为公共卫生危机，科学家的挫折感升级。Robin Chemers Neustein教授Vosshall认为是时候采取行动了。

“我听说我的实验室成员无法找到我们正在研究的基因的完整版本，”她说。“所以我把自己的挫败感带到Twitter，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，获得了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aegypti DNA，其技术使得基因序列比2007年的研究中的基因序列长得多。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仪器和专业知识的捐赠，我们就不可能完成任务，”Vosshall说。“4,143封电子邮件和1,102天后，发表这篇论文真是令人欣慰!”

合作产生了一份综合的Ae目录。aegypti DNA-一种与它来自的物种一样健壮的基因组。小组浪费了他们的新工具上班时间。

了解敌人

研究人员配备了高质量的基因组蓝图，能够描述以前未识别的基因。例如，他们发现了编码数十种新型离子型受体(IRs)的基因，这些基因可以检测环境中的气味，并帮助将蚊子引导到重要的位置，例如产卵的地方，或成熟的裸露膝盖。有了关于IR的新遗传细节，研究人员现在可以开发新的驱虫剂，干扰蚊子的能力发现和咬我们。

分析基因组时，研究人员还注意到，一些蚊子有多个基因拷贝编码谷胱甘肽S-转移酶(GST)，这是一种中和杀虫剂毒性作用的酶。马修斯说，这一发现表明，Ae。埃及伊蚊正在不断发展，通过增加破坏旨在杀死它们的化学物质的基因来保护自己免受人造毒素的侵害。这一发现可以帮助研究人员制造化学物质，消除对现有杀虫剂有抵抗力的蚊子。

一种更加环保的战略来对抗携带疾病的疾病，不是直接杀死它们，而是以对人类不那么具有威胁性的方式修补它们的基因。研究人员报告说，他们的新基因组研究为如何完成这种基因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。埃及的血液盛宴; 因此，减少女性需要减少病毒传播。通过咨询新基因组，研究人员能够确定负责确定蚊子性别的基因，这一发现可用于设计仅限男性的人群。并且，正如马修斯所说：“没有女性，没有咬人，没有疾病。”

不过，并非所有雌性蚊子都携带病毒。例如，研究人员知道有些Ae。埃及伊蚊不会被登革热病毒感染，因此不能传播给人类。利用新的基因组，该团队能够确定控制病毒易感性的基因位置。通过进一步的研究，科学家们可以改变Ae。埃及伊蚊的 DNA使得该物种无法传播疾病。

“为了有效地编辑蚊子的基因组，你需要了解的不仅仅是所涉及基因的序列，”马修斯说。“你还需要知道周围DNA区域的序列，以便你知道在哪里插入所需的基因。这就是为什么这个新基因组正确和完整的重要性。”

一系列改进

这些发现只突出了基因组潜在应用的一小部分。Vosshall实验室正在积极使用这个工具进行新的实验 - 而且他们并不孤单。在正式发表他们的研究前一年，该小组在线发布了他们的基因组。几乎立即，全世界的科学家们开始将数据纳入他们的研究中。

“一旦基因组公之于众，人们便开始深入研究它，”马修斯说。“数十个，甚至数百个实验室已经在他们的工作中使用过它，而这个数字只会随着我们论文的出版而增长。”

这项研究不仅有助于研究蚊子的科学家，也有助于那些试图提高不同物种基因组资源质量和可用性的人。

“除了获得最佳基因埃及伊蚊，我们也提出了如何组装等棘手的基因组，而不需要72个合着者和三年的工作路线图，”马修斯说。“这就制定了采取任何有机体并将其转化为遗传易处理动物的策略。我发现这真的令人兴奋。”