蚊子基因組開(kāi)辟了減少昆蟲(chóng)傳播疾病的新途徑

埃及伊蚊是一種強(qiáng)大而豐富的物種：它遍布六大洲，可以攜帶致命病毒并放棄叮咬。但直到最近，它的基因組還是支離破碎。

在過(guò)去的十年里，試圖研究蚊子DNA的研究人員只使用了片段——基因樣本沒(méi)有聚集在一起形成一個(gè)有凝聚力的整體。然而，洛克菲勒科學(xué)家最近領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)多機(jī)構(gòu)研究產(chǎn)生了埃及伊蚊基因組的新藍(lán)圖，大大改進(jìn)了其前身。這項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的研究描述了這種新資源的重要應(yīng)用，包括減少蚊子傳播疾病的各種策略。

構(gòu)建更好的基因組。

和其他蚊子一樣，Ae。埃及伊蚊攜帶有害病原體，包括寨卡病毒、登革熱和黃熱病，每年傳播給數(shù)億人。許多研究人員認(rèn)為，抑制感染的最好方法是更好地了解感染者。因此，在2007年，科學(xué)家們對(duì)蚊子大量重復(fù)的基因組進(jìn)行了測(cè)序。盡管這一努力的結(jié)果使研究蚊子遺傳學(xué)成為可能，但當(dāng)時(shí)的技術(shù)有限，基因組有明顯的缺點(diǎn)。

Leslie B. Vosshall實(shí)驗(yàn)室的研究專家本馬修斯(Ben Matthews)說(shuō)：“基因組由許多部分組成，我們不確定它們是如何結(jié)合的，也不確定它是否完整。”“如果你不相信DNA序列組裝正確，就不會(huì)走得太遠(yuǎn)?！?

洛克菲勒的科學(xué)家并不是唯一受到可疑DNA數(shù)據(jù)阻礙的人。馬修斯回憶起與其他機(jī)構(gòu)的蚊子研究人員會(huì)面，由于缺乏可靠的基因信息，他們的項(xiàng)目變得過(guò)于耗時(shí)或不可能。隨著2016年寨卡病毒爆發(fā)，該病成為公共衛(wèi)生危機(jī)，科學(xué)家的挫敗感不斷升級(jí)。羅賓切默斯紐斯坦教授認(rèn)為是時(shí)候采取行動(dòng)了。

“我聽(tīng)說(shuō)我的實(shí)驗(yàn)室成員找不到我們正在研究的基因的完整版本，”她說(shuō)?！八晕野炎约旱拇鞌「袔У搅送铺厣?，迅速成立了伊蚊基因組工作組?！?

Vosshall和她的同事與來(lái)自世界各地的大學(xué)和行業(yè)合作伙伴合作，以獲得基因組學(xué)的最新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)首先發(fā)送了一份Ae樣本。太平洋生物科學(xué)公司的埃及伊蚊基因，其技術(shù)使基因序列比2007年的研究長(zhǎng)得多。接下來(lái)，生物納米基因組學(xué)的科學(xué)家們確定了這些長(zhǎng)序列是如何結(jié)合在一起的。最后，貝勒大學(xué)的研究人員使用了一種叫做Hi-C的方法來(lái)確定整個(gè)染色體上序列的排列。

“這是一份昂貴的工作。如果沒(méi)有我們公司合作伙伴捐贈(zèng)的儀器和專業(yè)知識(shí)，我們就無(wú)法完成這項(xiàng)任務(wù)，”沃斯?fàn)栒f(shuō)?！鞍l(fā)了4143封郵件，用了1102天，發(fā)表這篇論文，真是可喜可賀！”

合作產(chǎn)生了一個(gè)全面的Ae目錄。埃及伊蚊——一個(gè)和它所來(lái)自的物種一樣強(qiáng)大的基因組。這個(gè)小組用新工具浪費(fèi)了他們的工作時(shí)間。

了解敵人

研究人員配備了高質(zhì)量的基因組藍(lán)圖，可以描述以前未知的基因。例如，他們發(fā)現(xiàn)了編碼數(shù)十種新型離子受體(IRs)的基因，這些受體可以檢測(cè)環(huán)境中的氣味，并幫助將蚊子引導(dǎo)到重要的地方，如產(chǎn)卵地或成熟的裸露膝蓋。有了關(guān)于紅外的新基因細(xì)節(jié)，研究人員現(xiàn)在可以開(kāi)發(fā)新的驅(qū)蟲(chóng)劑，干擾蚊子發(fā)現(xiàn)和叮咬我們的能力。

在分析基因組時(shí)，研究人員還注意到一些蚊子有多個(gè)編碼谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)的基因拷貝，谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶是一種中和農(nóng)藥毒性的酶。馬修斯說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)表明Ae。埃及伊蚊正在不斷發(fā)展，通過(guò)添加基因來(lái)破壞殺死它們的化學(xué)物質(zhì)，從而保護(hù)自己免受人工毒素的侵害。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員制造化學(xué)物質(zhì)來(lái)消滅對(duì)現(xiàn)有殺蟲(chóng)劑有抗性的蚊子。

一個(gè)更環(huán)保的對(duì)抗攜帶疾病的疾病的策略不是直接殺死它們，而是以一種威脅較小的方式修復(fù)它們的基因。研究人員報(bào)告說(shuō)，他們的新基因組研究為如何完成這種基因調(diào)整提供了一些想法。

第一個(gè)涉及一點(diǎn)性別歧視。只有女性Ae。埃及的血宴；因此，減少女性人數(shù)需要減少病毒的傳播。通過(guò)查閱新的基因組，研究人員可以識(shí)別出決定蚊子性別的基因。這一發(fā)現(xiàn)可用于設(shè)計(jì)男性專用群體。正如馬修斯所說(shuō)，“沒(méi)有女人，沒(méi)有咬傷，沒(méi)有疾病?！?

然而，并不是所有的雌性蚊子都攜帶病毒。例如，研究人員知道有一些Ae。埃及伊蚊不會(huì)被登革熱病毒感染，所以不會(huì)傳染給人類。利用新的基因組，研究小組能夠定位控制病毒易感性的基因。通過(guò)進(jìn)一步的研究，科學(xué)家可以改變Ae。埃及伊蚊的脫氧核糖核酸防止這一物種傳播疾病。

馬修斯說(shuō)：“為了有效編輯蚊子基因組，你需要知道的不僅僅是相關(guān)基因的序列?！澳氵€需要知道周圍DNA區(qū)域的序列，這樣你就可以知道在哪里插入所需的基因。這就是為什么這個(gè)新基因組的正確性和完整性很重要?！?

一系列的改進(jìn)

這些發(fā)現(xiàn)只突出了基因組潛在應(yīng)用的一小部分。沃斯威爾實(shí)驗(yàn)室正在積極利用這一點(diǎn)。

個(gè)工具進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn) - 而且他們并不孤單。在正式發(fā)表他們的研究前一年，該小組在線發(fā)布了他們的基因組。幾乎立即，全世界的科學(xué)家們開(kāi)始將數(shù)據(jù)納入他們的研究中。

“一旦基因組公之于眾，人們便開(kāi)始深入研究它，”馬修斯說(shuō)。“數(shù)十個(gè)，甚至數(shù)百個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在他們的工作中使用過(guò)它，而這個(gè)數(shù)字只會(huì)隨著我們論文的出版而增長(zhǎng)。”

這項(xiàng)研究不僅有助于研究蚊子的科學(xué)家，也有助于那些試圖提高不同物種基因組資源質(zhì)量和可用性的人。

“除了獲得最佳基因組閡伊蚊。，我們也提出了如何組裝等棘手的基因組的路線圖-無(wú)需72個(gè)合著者和三年的工作，”馬修斯說(shuō)。“這就制定了采取任何有機(jī)體并將其轉(zhuǎn)化為遺傳易處理動(dòng)物的策略。我發(fā)現(xiàn)這真的令人興奮。”