新的單細(xì)胞技術(shù)使科學(xué)家們迄今為止能夠以最高分辨率研究瘧疾寄生蟲。通過調(diào)查個(gè)體瘧疾寄生蟲中的基因，來自Wellcome Sanger研究所的科學(xué)家們開始了解每種寄生蟲在其復(fù)雜的生命周期中經(jīng)歷的遺傳過程。

今天(3月27日)在eLife上發(fā)表的結(jié)果是開發(fā)瘧疾細(xì)胞地圖集的第一步，這是一種數(shù)據(jù)資源，將提供個(gè)體瘧疾寄生蟲在其整個(gè)生命周期中的基因活動概況。瘧疾細(xì)胞地圖集將允許研究人員識別寄生蟲生命周期中的弱點(diǎn)，用于藥物干預(yù)，并將有助于將研究轉(zhuǎn)化為疾病。

世界上將近一半的人口面臨瘧疾風(fēng)險(xiǎn)，每年有超過2億人受到感染。該疾病導(dǎo)致2015年全球近50萬人死亡。

瘧疾是由瘧原蟲寄生蟲引起的，瘧原蟲寄生蟲通過被感染的蚊子叮咬傳播給人們。瘧原蟲寄生蟲本身是微小的單細(xì)胞生物，具有復(fù)雜的生命周期，包括許多階段。它們體積小，生命周期復(fù)雜，使寄生蟲難以研究。

傳統(tǒng)上用于研究哺乳動物，單細(xì)胞測序允許科學(xué)家研究單個(gè)細(xì)胞并實(shí)現(xiàn)同一組織或器官內(nèi)細(xì)胞狀態(tài)的真正多樣性。

在一項(xiàng)新的研究中，桑格研究所的科學(xué)家們對單個(gè)瘧疾寄生蟲進(jìn)行了單細(xì)胞測序，并獲得了迄今為止瘧疾寄生蟲的最高分辨率。

該團(tuán)隊(duì)能夠發(fā)現(xiàn)隱藏的模式，就像不同的寄生蟲在感染過程中使用它們的基因一樣。當(dāng)研究大量寄生蟲時(shí)，這些差異是不可見的。

結(jié)果是開發(fā)瘧疾細(xì)胞圖譜的第一步 - 一個(gè)參考圖，用于了解瘧疾寄生蟲如何在整個(gè)生命周期中移動，以及在最易受藥物和疫苗影響的寄生蟲階段中個(gè)體與個(gè)體差異有多大。該地圖將首先為嚙齒動物瘧疾寄生蟲創(chuàng)建，將提供在其整個(gè)生命周期(包括蚊子體內(nèi))中在個(gè)體瘧疾寄生蟲中打開和關(guān)閉的所有基因的視覺表示。

瘧疾細(xì)胞圖譜最終將包括寄生蟲必須定植的宿主組織的單細(xì)胞數(shù)據(jù)以完成其生命周期，包括蚊子腸細(xì)胞和哺乳動物宿主肝細(xì)胞。這些組織在疾病的進(jìn)展和傳播中也起著非常重要的作用。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家在寄生蟲生命周期的血液階段分析了500多只嚙齒動物瘧疾(伯氏瘧原蟲(Plasmodium berghei))和最致命的人類瘧疾寄生蟲(惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum))的個(gè)體寄生蟲。

通過放大個(gè)體P. berghei寄生蟲，研究小組能夠檢測到所有細(xì)胞中超過4,500個(gè)基因的活動：伯氏瘧原蟲基因組中90%以上的基因。在個(gè)體細(xì)胞水平上，研究人員平均檢測到近2,000個(gè)基因的活性，這是單個(gè)瘧疾寄生蟲中最常見的活動。

來自Wellcome Sanger研究所的第一作者Adam Reid博士說：“我們現(xiàn)在擁有最高分辨率的瘧疾寄生蟲圖像。通過研究每個(gè)基因在個(gè)體寄生蟲中的活動，我們發(fā)現(xiàn)了以前隱藏的基因方式。用于血液中瘧疾寄生蟲的發(fā)展。這項(xiàng)研究為在人類自然感染期間研究瘧疾寄生蟲鋪平了道路。“

來自Wellcome Sanger研究所的第一作者Arthur Talman博士說：“我們已經(jīng)更好地了解哪些基因?qū)τ诩纳x在瘧疾感染傳播期間在人和蚊子之間傳播很重要。我們還發(fā)現(xiàn)寄生蟲是血液中的發(fā)育受到一組基因的調(diào)控，這些基因一致地打開和關(guān)閉。了解寄生蟲的生命周期是如何由特定基因控制的，我們更有可能使用藥物來干擾它。“

以前，瘧疾寄生蟲已合并并一起研究，因此可能錯(cuò)過了個(gè)體寄生蟲之間的細(xì)微差別。單一寄生蟲可能具有明顯的感染優(yōu)勢，現(xiàn)在研究人員可以使用工具來研究這些微妙的差異。

來自Wellcome Sanger研究所的主要作者M(jìn)ara Lawniczak博士說：“單細(xì)胞技術(shù)將徹底改變我們研究瘧疾寄生蟲等單細(xì)胞生物的方式。我們現(xiàn)在可以開始真正了解單個(gè)寄生蟲之間的多樣性，即使在同一寄生蟲內(nèi)也是如此。人體感染。這是創(chuàng)建瘧疾細(xì)胞地圖集的第一步，我們希望這是一個(gè)數(shù)據(jù)資源，對于致力于消除這種破壞性疾病的重要全球瘧疾研究人員來說，這將是有價(jià)值的。“