疟疾寄生虫利用进化的复制粘贴策略产生遗传多样性

发布时间：2024-03-15 16:05:29 栏目：生活

导读 恶性疟原虫的遗传多样性，EMBL 欧洲生物信息学研究所 (EMBL-EBI) 的研究人员发现了一种复制粘贴遗传学机制，可以在加速的时间尺度上增加

恶性疟原虫的遗传多样性，EMBL 欧洲生物信息学研究所 (EMBL-EBI) 的研究人员发现了一种“复制粘贴”遗传学机制，可以在加速的时间尺度上增加寄生虫的遗传多样性。 。这有助于解决一个长期存在的谜团，即为什么寄生虫在原本不起眼的遗传景观中表现出遗传多样性的热点。



疟疾最常通过感染恶性疟原虫的雌性按蚊叮咬传播。最新的世界疟疾报告指出，到2022年，全球估计有2.49亿疟疾病例，超过60万人因疟疾死亡。94% 的疟疾病例和 95% 的疟疾死亡发生在非洲，婴儿、孕妇、旅行者和艾滋病毒/艾滋病感染者面临更高的风险。

这项发表在《PLOS Biology》杂志上的新研究通过分析编码对免疫逃避至关重要的表面蛋白的两个基因，提供了对恶性疟原虫进化史的重要见解。有问题的基因是 DBLMSP 和 DBLMSP2。

这些发现加深了我们对疟疾寄生虫如何进化的理解，并可能有助于为疫苗开发提供新方法，为针对这种继续影响全球数百万人的疾病提供更有效的预防方法带来希望。

复制粘贴遗传学

通常，个体的基因序列是从父母那里继承的，但在某些情况下，基因序列的一部分可以在同一DNA分子上的不同基因之间复制——这称为非等位基因转换。这一过程与重要基因家族的进化有关，包括那些参与人类免疫系统功能的基因家族。

这项研究的关键发现之一是，恶性疟原虫DBLMSP 和 DBLMSP2 基因之间发生基因转换，导致寄生虫表面蛋白的遗传多样性增加。由于这些蛋白质暴露于我们的免疫系统并与之相互作用，因此它们是潜在的疫苗靶标，更全面地了解它们的遗传多样性对于疫苗设计可能非常有价值。

“疟疾 DNA 中‘复制粘贴’遗传学的发现揭示了一种被低估的进化机制的影响，”生物学和细胞建模实验室(LBMC，法国)博士后研究员、欧洲分子生物学实验室(EMBL)前博士生 Brice Letcher 说。 -EBI。“在这里，我们表明基因转换是疟疾在人类中适应和繁衍的能力背后的潜在重要策略，包括可能逃避人类免疫系统。了解这种遗传灵活性为疟疾在人类宿主中的持续存在和适应提供了新的视角。”

绘制疟原虫隐藏的遗传多样性图谱

任何免疫相互作用蛋白都可能是疫苗靶标，但了解全球遗传多样性是疫苗开发的重要要求。例如，流感和 SARS-CoV-2 疫苗是基于对其基因组如何进化的了解而开发的。然而，恶性疟原虫DBLMSP 和 DBLMSP2 基因中非常不寻常的遗传多样性热点非常极端，以至于当前绘制遗传变异图谱的算法无法捕获它们，使研究人员无法意识到这些基因中的很大一部分变异。

为了解决这个问题，研究人员开发了新的生物信息学软件，该软件使用基因组图并分析了来自 29 个国家的广泛寄生虫样本。这种新方法揭示了一系列以前隐藏的变异，通过这些变异，他们能够证明多个基因转换事件已经发生。这些新变体可以从该研究链接的网站下载，为疟疾研究界提供了宝贵的资源。

“基因组图是一种很好的生物信息学方法，可以帮助我们解码病原体和人类宿主之间相互作用所产生的复杂遗传景观，”伊克巴尔小组的合著者、前博士生、英国基因组学的基因组数据科学家索丽娜·马丘卡 (Sorina Maciuca) 说。“它们使我们能够考虑更广泛的遗传多样性，并获得关于恶性疟原虫等病原体如何进化和逃避我们的免疫防御的新见解。”

什么是基因组图?

基因组学的传统方法是定义一个参考基因组，并将任何其他基因组描述为与该参考基因组的一组微小差异。当基因组差异太大时，这种方法就不太有效。基因组图采用基因组群体并建立一个整体参考，该参考了解物种中的所有遗传变异。

“这项研究提供了恶性疟原虫中这两个令人着迷的基因的遗传多样性的全面图谱，”EMBL-EBI 小组组长、巴斯大学算法和微生物基因组学教授 Zamin Iqbal 说。“近十年来，我们一直在试图了解这些基因中的不寻常模式，我们最好的假设是，由于未知的原因，该基因的真正不同的‘版本’通过自然选择得以保留。我们已经证明了事实上，这种复制机制——基因转换——已经反复创造了这些异常的不同“版本”的基因。这些数据不仅增强了我们对疟疾生物学的了解，而且对于全世界研究这些疾病的研究人员来说也很有价值。基因及其与我们免疫系统的相互作用。”