科學(xué)家已經(jīng)組裝了人類最古老和最不愛的同伴之一的第一個完整的基因組：臭蟲。這項新研究由美國自然歷史博物館和威爾康奈爾醫(yī)學(xué)研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，于2月2日在Nature Communications上發(fā)表，可以幫助對抗不受歡迎的寄生蟲對農(nóng)藥的抗藥性。該數(shù)據(jù)還為人類宿主和城市(包括地鐵)中的臭蟲活動提供了豐富的遺傳資源。

“臭蟲是紐約市最具標(biāo)志性的活化石之一，伴隨著蟑螂，這意味著它們的外觀幾乎沒有在它們的長系中發(fā)生變化，”相應(yīng)的作者喬治阿馬托說，該博物館的薩克勒比較基因組學(xué)研究所所長。“但是，盡管它們看起來很靜止，但我們知道它們會繼續(xù)發(fā)展，主要是因為人類更難以與它們分離。這項工作為我們提供了探索臭蟲基本生物學(xué)及其適應(yīng)人類密集環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)。 “

常見的臭蟲(Cimex lectularius)已經(jīng)與人類結(jié)合了數(shù)千年。該物種存在于溫帶地區(qū)，更喜歡以人體血液為食。近幾十年來，加熱房屋和全球航空旅行的普遍存在加劇了城市地區(qū)的蟲害，臭蟲不斷獲得血粉，并有機(jī)會遷移到新的宿主。自20世紀(jì)90年代后期以來臭蟲侵襲的復(fù)蘇主要與昆蟲對已知殺蟲劑的抗性的演變有關(guān)，其中許多不適合室內(nèi)應(yīng)用。

“由于滴滴涕的廣泛使用，臭蟲幾乎從20世紀(jì)40年代的人類生活中消失了，但不幸的是，在臭蟲和其他害蟲之后很快就過度使用了抵抗問題，”該論文的作者路易斯索爾金說道。博物館無脊椎動物學(xué)系的高級科學(xué)助理。“今天，很高比例的臭蟲都有基因突變，使它們對常用于對抗這些城市害蟲的殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性。這使得對臭蟲的控制非常耗費人力。”

研究人員從保存和生存的藏品中提取DNA和RNA，包括1973年首次收集的人群樣本，此后由博物館工作人員維護(hù)。從男性和女性中采集RNA，代表在血餐之前和之后每個臭蟲的六個生命階段，以繪制臭蟲基因組的全貌。

“僅僅對基因組進(jìn)行測序是不夠的，因為它本身并不能說明完整的故事，”博物館無脊椎動物學(xué)部和薩克勒比較基因組學(xué)研究所的策展人Mark Siddall說。“除了DNA之外，你想獲得RNA或表達(dá)的基因，你不僅要從一個臭蟲那里得到它，而且要想在生命周期的每個部分都來自男性和女性。那么你真的可以開始詢問關(guān)于某些基因如何與獻(xiàn)血，殺蟲劑抗性和其他重要功能相關(guān)的問題。“

研究人員發(fā)現(xiàn)，整個臭蟲生命周期中基因的數(shù)量相當(dāng)一致，但是他們觀察到基因表達(dá)的顯著變化，特別是在第一次血粉之后。僅在臭蟲首次飲用血液后才表達(dá)的一些基因與殺蟲劑抗性相關(guān)，包括導(dǎo)致更好的解毒作用和更厚的幾丁質(zhì)或皮膚的機(jī)制。這表明臭蟲在第一個若蟲階段可能是最脆弱的，可能使其成為未來殺蟲劑的良好目標(biāo)?？茖W(xué)家們還確定了三種類型的抗凝血基因及其相關(guān)蛋白質(zhì) - 與高度專業(yè)化的血液供應(yīng)器相一致的特征。與其他20種節(jié)肢動物基因組相比，常見臭蟲的基因組與接吻蟲(Rhodnius prolixus)密切相關(guān)，

臭蟲微生物組還包含超過1,500個基因，這些基因可以映射到400多種不同的細(xì)菌，表明臭蟲擁有豐富的內(nèi)共生菌，可能對它們的生長和繁殖至關(guān)重要。這表明，攻擊對臭蟲有益的細(xì)菌的抗生素(但對人類不是必需的)可以補(bǔ)充通過殺蟲劑對昆蟲的控制。

此外，該研究納入了紐約市1,400多個地點同時收集的DNA數(shù)據(jù)，包括每個地鐵站，以觀察微生物多樣性。對于這項工作，研究人員使用新的基因組數(shù)據(jù)專注于臭蟲的多樣性。他們發(fā)現(xiàn)居住在城市不同地區(qū)的臭蟲的遺傳組成存在差異，這可以通過東西向與南北向地鐵線路的DNA痕跡以及自治市鎮(zhèn)之間和地表之間的痕跡來衡量(例如，長凳與入閘)。研究結(jié)果表明，城市中彼此接近的地區(qū)有相關(guān)的臭蟲種群和臭蟲從一個行政區(qū)可以區(qū)別于另一個行政區(qū)。這種信息可用于繪制已建立和新的城市環(huán)境中臭蟲感染遷移的途徑。

“宏基因組學(xué)和微生物組數(shù)據(jù)的一個重要特征是它揭示新生物學(xué)的能力，因為你可以在它完成后立即將以前未知的序列映射到一個新的基因組，”克里斯托弗梅森說，他是計算基因組學(xué)的副教授。生理學(xué)和生物物理學(xué)以及威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院計算生物醫(yī)學(xué)研究所Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud王子和高級作者。“隨著每個基因組的測序和注釋，對我們周圍世界的遺傳理解變得更加集中。”