在蚊子寄生虫中发现的新移动元件具有控制疾病的潜力

由于缺乏有效的疫苗和对杀虫剂的环境影响的担忧，控制蚊子传播的疾病，例如登革热或西尼罗河病毒，在历史上一直很困难。因此，科学家们已经转向操纵蚊子内的寄生细菌沃尔巴克氏体，作为控制传播人类疾病的蚊子种群繁殖适应性的一种方法。

在Nature Communications的一项新研究中，包括海洋生物实验室(MBL)和芝加哥大学的科学家组成的国际团队在Wolbachia中发现了一种新的移动DNA元件，这可能有助于改善蚊子病媒控制策略。

在法国INRA的Julie Reveillaud和范德比尔特大学的Sarah Bordenstein的带领下，研究人员重建了从四个淡色库蚊的个体卵巢中分离出的Wolbachia近乎完整的基因组。在这个过程中，他们发现了一种新的质粒 - 一种可以独立于染色体复制的圆形DNA片段。质粒是一种移动DNA元件，这意味着它可以从一个细胞转移到另一个细胞，并且可以对微生物物种的适应性和进化产生重大影响。由于移动遗传因素能够通过不同的Wolbachia细胞传播，因而跨越Wolbachia种群，它们有望控制可携带疾病的蚊子种群。

“我们的数据表明，这种新型质粒广泛分布于全世界感染C. pipiens蚊子的天然Wolbachia种群中，这意味着它具有重要作用。它可能使Wolbachia种群转化的想法非常令人兴奋，”该研究的资深作者，A. Murat Eren(Meren)，芝加哥大学医学助理教授和MBL研究员。

Wolbachia从母亲传给后代，可以影响蚊子寄主的繁殖行为。Wolbachia可以修饰精子，因此如果被感染的雄性与未感染的雌性交配，或者与携带不同的Wolbachia菌株的雄性交配，则胚胎不能发育。这种胚胎杀伤背后的机制在于Wolbachia基因组中的另一个移动遗传元件。

“Wolbachia种群不适合直接进行遗传修饰。虽然天然质粒听起来非常有希望绕过这些限制，但我们还没有任何证据表明通过该质粒进行任何转化的可能性或功效，”Meren说。“我们刚刚发现它的存在，时间会告诉它有多么有用。”

“我们还没有明确答案的其他激动人心的问题包括质粒和Wolbachia的其他移动遗传元件之间是否存在祖先关系，以及这些是否相互作用，”Reveillaud补充道。

这项合作始于2011年的MBL，当时Meren和Reveillaud将他们的计算和分子进化背景结合在一起，以探索MBL湾保罗中心的微生物生态学问题。多年以后，他们开始研究Wolbachia基因组多样性，重点关注野外捕获的蚊子，而不是使用实验室蚊子株。在前MBL科学家Sarah Bordenstein和Vanderbilt大学的Seth Bordenstein的帮助下，他们开始了解Wolbachia基因组的复杂性，他们拥有Wolbachia的专业知识。

“Wolbachia特别难以研究，因为与自由生活的细菌不同，它不能在无细胞培养基中培养。通过这种跨学科的合作，我们能够梳理蚊子宿主Wolbachia及其移动元素的基因组， “莎拉博登斯坦说。

虽然这种新型质粒的片段已经出现在之前的Wolbachia测序研究中，但这些片段从未被组装成完整的圆形片段，并且其染色体外性质未被识别，很可能是由于计算限制。该团队通过采用先进的策略，如基因组分辨的宏基因组学和长读序列，克服了这些局限性。

“在这项研究中，我们研究蚊子宏基因组和Wolbachiapangenomes的关键生物信息学平台，以及使这一发现成为可能的具有独特技能的科学家之间的联系，是在MBL开发的，”Meren说。“本文中几乎所有人都与MBL有某种联系。”