蚊子埃及伊蚊是一種強(qiáng)大而豐富的物種：它遍布六大洲，可以攜帶致命的病毒，并且可以放棄叮咬。但直到最近，它的基因組還是破爛不堪。在過(guò)去的十年中，試圖研究蚊子DNA的研究人員只有片段可以與遺傳樣本一起使用，這些遺傳樣本并沒(méi)有形成一個(gè)有凝聚力的整體。然而，最近由洛克菲勒科學(xué)家領(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，該藍(lán)圖大大改進(jìn)了其前身。該研究發(fā)表在“ 自然”雜志上，描述了這一新資源的重要應(yīng)用，包括減少蚊子傳播疾病的多種策略。

建立更好的基因組

像其他幾種蚊子一樣，Ae。埃及伊蚊攜帶有害的病原體，包括寨卡病毒，登革熱和黃熱病，每年將這些疾病傳播給數(shù)億人。許多研究人員認(rèn)為，抑制感染的最佳方法是更好地了解感染者。為此，2007年科學(xué)家們對(duì)蚊子大而重復(fù)的基因組進(jìn)行了測(cè)序。雖然這項(xiàng)努力的結(jié)果使得十多年的蚊子遺傳研究成為可能，但當(dāng)時(shí)的技術(shù)是有限的，并且基因組具有顯著的缺點(diǎn)。

Leslie B. Vosshall實(shí)驗(yàn)室的研究專(zhuān)家Ben Matthews說(shuō)：“基因組在很多部分中，我們不確定它們是如何組合在一起的，我們也不確定它是否完整。” “如果你不相信DNA序列是正確組裝的，你就不會(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)阻礙的科學(xué)家。馬修斯回憶起會(huì)見(jiàn)其他機(jī)構(gòu)的蚊子研究人員，他們的項(xiàng)目由于缺乏可靠的遺傳信息而變得過(guò)于耗時(shí)或完全不可能。隨著2016年寨卡病毒爆發(fā)，隨著該疾病成為公共衛(wèi)生危機(jī)，科學(xué)家的挫折感升級(jí)。Robin Chemers Neustein教授Vosshall認(rèn)為是時(shí)候采取行動(dòng)了。

“我聽(tīng)說(shuō)我的實(shí)驗(yàn)室成員無(wú)法找到我們正在研究的基因的完整版本，”她說(shuō)。“所以我把自己的挫敗感帶到Twitter，并迅速組建了伊蚊基因組工作組。”

Vosshall和她的同事們與來(lái)自世界各地的大學(xué)和行業(yè)合作伙伴合作，獲得了基因組學(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aegypti DNA，其技術(shù)使得基因序列比2007年的研究中的基因序列長(zhǎng)得多。接下來(lái)，Bionano Genomics的科學(xué)家確定了這些長(zhǎng)序列如何組合在一起。最后，貝勒大學(xué)的研究人員使用一種名為Hi-C的方法來(lái)確定序列在整個(gè)染色體上的排列方式。

“這是一項(xiàng)昂貴的工作，如果沒(méi)有我們公司合作伙伴的儀器和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的捐贈(zèng)，我們就不可能完成任務(wù)，”Vosshall說(shuō)。“4,143封電子郵件和1,102天后，發(fā)表這篇論文真是令人欣慰!”

合作產(chǎn)生了一份綜合的Ae目錄。aegypti DNA-一種與它來(lái)自的物種一樣健壯的基因組。小組浪費(fèi)了他們的新工具上班時(shí)間。

了解敵人

研究人員配備了高質(zhì)量的基因組藍(lán)圖，能夠描述以前未識(shí)別的基因。例如，他們發(fā)現(xiàn)了編碼數(shù)十種新型離子型受體(IRs)的基因，這些基因可以檢測(cè)環(huán)境中的氣味，并幫助將蚊子引導(dǎo)到重要的位置，例如產(chǎn)卵的地方，或成熟的裸露膝蓋。有了關(guān)于IR的新遺傳細(xì)節(jié)，研究人員現(xiàn)在可以開(kāi)發(fā)新的驅(qū)蟲(chóng)劑，干擾蚊子的能力發(fā)現(xiàn)和咬我們。

分析基因組時(shí)，研究人員還注意到，一些蚊子有多個(gè)基因拷貝編碼谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)，這是一種中和殺蟲(chóng)劑毒性作用的酶。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)增加破壞旨在殺死它們的化學(xué)物質(zhì)的基因來(lái)保護(hù)自己免受人造毒素的侵害。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員制造化學(xué)物質(zhì)，消除對(duì)現(xiàn)有殺蟲(chóng)劑有抵抗力的蚊子。

一種更加環(huán)保的戰(zhàn)略來(lái)對(duì)抗攜帶疾病的疾病，不是直接殺死它們，而是以對(duì)人類(lèi)不那么具有威脅性的方式修補(bǔ)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。埃及的血液盛宴; 因此，減少女性需要減少病毒傳播。通過(guò)咨詢新基因組，研究人員能夠確定負(fù)責(zé)確定蚊子性別的基因，這一發(fā)現(xiàn)可用于設(shè)計(jì)僅限男性的人群。并且，正如馬修斯所說(shuō)：“沒(méi)有女性，沒(méi)有咬人，沒(méi)有疾病。”

不過(guò)，并非所有雌性蚊子都攜帶病毒。例如，研究人員知道有些Ae。埃及伊蚊不會(huì)被登革熱病毒感染，因此不能傳播給人類(lèi)。利用新的基因組，該團(tuán)隊(duì)能夠確定控制病毒易感性的基因位置。通過(guò)進(jìn)一步的研究，科學(xué)家們可以改變Ae。埃及伊蚊的 DNA使得該物種無(wú)法傳播疾病。

“為了有效地編輯蚊子的基因組，你需要了解的不僅僅是所涉及基因的序列，”馬修斯說(shuō)。“你還需要知道周?chē)鶧NA區(qū)域的序列，以便你知道在哪里插入所需的基因。這就是為什么這個(gè)新基因組正確和完整的重要性。”

一系列改進(jìn)

這些發(fā)現(xiàn)只突出了基因組潛在應(yīng)用的一小部分。Vosshall實(shí)驗(yàn)室正在積極使用這個(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。

“除了獲得最佳基因埃及伊蚊，我們也提出了如何組裝等棘手的基因組，而不需要72個(gè)合著者和三年的工作路線圖，”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。”