懷特黑德研究所的研究人員在Apicomplexa進(jìn)行了第一次全基因組篩選，Apicomplexa是一種引起瘧疾，巴貝蟲病，隱孢子蟲病和弓形蟲病的單細(xì)胞寄生蟲門。屏幕將光線照射到廣泛的，未經(jīng)研究的寄生蟲基因組中，揭示了例如所有apicomplexans共有的蛋白質(zhì)。

懷特黑德研究員塞巴斯蒂安·盧里多說(shuō)：“從來(lái)沒有一種真正好的方式來(lái)觀察任何apicomplexan寄生蟲中所有基因的功能。” “我們已經(jīng)引入了一種評(píng)估整個(gè)基因組功能的方法。這項(xiàng)技術(shù)可用于研究各種主題，從營(yíng)養(yǎng)物獲取和免疫壓力反應(yīng)到上位性和遺傳相互作用。這是一個(gè)重要的飛躍。可以在這些寄生蟲中進(jìn)行調(diào)查。“

美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心(CDC)估計(jì)，美國(guó)有超過(guò)6,000萬(wàn)人感染弓形蟲。通過(guò)從感染的貓糞中攝取卵母細(xì)胞或通過(guò)食用含有弓形蟲囊腫的未煮熟的肉來(lái)進(jìn)行傳播。感染后，一些健康人會(huì)出現(xiàn)一個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間的流感樣癥狀，但這種疾病可導(dǎo)致免疫功能低下的癲癇發(fā)作和可能致命的腦炎，包括接受移植的患者，艾滋病毒/艾滋病患者，癌癥患者，老年人和年輕人兒童。如果母親在懷孕期間受到感染，她可以將寄生蟲傳染給她的胎兒，這可能導(dǎo)致流產(chǎn)，死產(chǎn)，大腦或眼睛受損或孩子聽力喪失。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的數(shù)據(jù)，雖然弓形蟲病可能是一種嚴(yán)重的疾病，但另一種apicomplexan，即導(dǎo)致瘧疾的寄生蟲惡性瘧原蟲，在2015年造成超過(guò)40萬(wàn)人死亡。由于剛地弓形蟲和惡性瘧原蟲密切相關(guān)，因此弓形蟲可以作為研究其更致命的表親的模式生物。然而，對(duì)剛地弓形蟲的研究由于科學(xué)家無(wú)法快速有效地敲除基因而受到阻礙。RNA干擾(RNAi)是評(píng)估許多生物體中基因功能的有效工具，在apicomplexans中基本上無(wú)效，而隨機(jī)誘變很難解釋，因?yàn)楦淖兊幕蚝茈y識(shí)別。遺傳雜交也很難實(shí)施，因?yàn)榧纳x的性階段只發(fā)生在貓身上。

此外，使用CRISPR / Cas9編輯系統(tǒng)改變弓形蟲基因組因Cas9酶的毒性而受到限制。為了克服這個(gè)障礙，Lourido實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家創(chuàng)造了一種“誘餌”單指導(dǎo)RNA，可有效減少Cas9在基因組上的過(guò)度活躍。使用這種“柔和的”CRISPR / Cas9系統(tǒng)，研究人員能夠破壞弓形蟲的8,158個(gè)基因并研究它們各自的功能。該方法鑒定了所有頂復(fù)門中存在的大約200個(gè)基因，這些基因有助于寄生蟲在人類細(xì)胞感染期間的適應(yīng)性。

其中一個(gè)基因編碼一種蛋白質(zhì)，該團(tuán)隊(duì)稱其為claudin樣apicomplexan microneme蛋白(CLAMP)，它對(duì)寄生蟲對(duì)宿主細(xì)胞的侵襲有很強(qiáng)的影響。為了進(jìn)一步分析蛋白質(zhì)的作用并確認(rèn)其對(duì)另一種apicomplexan的必要性，該團(tuán)隊(duì)與麻省理工學(xué)院的Jacquin Niles實(shí)驗(yàn)室合作，在惡性瘧原蟲中敲除蛋白質(zhì)。沒有功能性CLAMP，瘧疾寄生蟲不能在紅細(xì)胞中生長(zhǎng)。該團(tuán)隊(duì)的調(diào)查結(jié)果將于本周在Cell雜志上在線描述。

盡管全基因組CRISPR / Cas9系統(tǒng)在弓形蟲中表現(xiàn)良好，但惡性瘧原蟲仍缺乏等效策略。

“瘧疾很難以同樣的方式操縱，”Lourido實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，同時(shí)也是Cell論文的共同作者Diego Huet說(shuō)。“因?yàn)樗幕蚪M是腺嘌呤(A) - 和富含胸腺嘧啶(T)，所以很難在你想要的地方產(chǎn)生切口。瘧疾寄生蟲也缺乏DNA修復(fù)的非同源末端連接途徑，需要修復(fù)模板時(shí)用CRISPR / Cas9進(jìn)行切割。這些問(wèn)題代表了這種寄生蟲中類似全基因組方法的技術(shù)障礙，使得弓形蟲成為瘧疾更重要的模型。我們可以研究這么多。“

Sourma Sidik是該研究的共同作者，也是Lourido實(shí)驗(yàn)室的研究助理。他補(bǔ)充說(shuō)：“現(xiàn)在我們可以開始改變寄生蟲所處的環(huán)境，看看它們是如何反應(yīng)的。我們可以通過(guò)添加藥物來(lái)添加環(huán)境，添加免疫壓力，或嘗試不同細(xì)胞類型的寄生蟲入侵。我們可以在一周內(nèi)擊倒整個(gè)基因組，而在我們每月只能做一個(gè)基因之前。通過(guò)CRISPR篩選，可能性是無(wú)窮無(wú)盡的。