埃及伊蚊是一種強(qiáng)大而豐富的物種:它遍布六大洲,可以攜帶致命病毒并放棄叮咬。但直到最近,它的基因組還是支離破碎。
在過去的十年里,試圖研究蚊子DNA的研究人員只使用了片段——基因樣本沒有聚集在一起形成一個有凝聚力的整體。然而,洛克菲勒科學(xué)家最近領(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,大大改進(jìn)了其前身。這項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的研究描述了這種新資源的重要應(yīng)用,包括減少蚊子傳播疾病的各種策略。
構(gòu)建更好的基因組。
和其他蚊子一樣,Ae。埃及伊蚊攜帶有害病原體,包括寨卡病毒、登革熱和黃熱病,每年傳播給數(shù)億人。許多研究人員認(rèn)為,抑制感染的最好方法是更好地了解感染者。因此,在2007年,科學(xué)家們對蚊子大量重復(fù)的基因組進(jìn)行了測序。盡管這一努力的結(jié)果使研究蚊子遺傳學(xué)成為可能,但當(dāng)時的技術(shù)有限,基因組有明顯的缺點(diǎn)。
Leslie B. Vosshall實(shí)驗(yàn)室的研究專家本馬修斯(Ben Matthews)說:“基因組由許多部分組成,我們不確定它們是如何結(jié)合的,也不確定它是否完整?!薄叭绻悴幌嘈臘NA序列組裝正確,就不會走得太遠(yuǎn)?!?
洛克菲勒的科學(xué)家并不是唯一受到可疑DNA數(shù)據(jù)阻礙的人。馬修斯回憶起與其他機(jī)構(gòu)的蚊子研究人員會面,由于缺乏可靠的基因信息,他們的項(xiàng)目變得過于耗時或不可能。隨著2016年寨卡病毒爆發(fā),該病成為公共衛(wèi)生危機(jī),科學(xué)家的挫敗感不斷升級。羅賓切默斯紐斯坦教授認(rèn)為是時候采取行動了。
“我聽說我的實(shí)驗(yàn)室成員找不到我們正在研究的基因的完整版本,”她說?!八晕野炎约旱拇鞌「袔У搅送铺厣?,迅速成立了伊蚊基因組工作組?!?
Vosshall和她的同事與來自世界各地的大學(xué)和行業(yè)合作伙伴合作,以獲得基因組學(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)公司的埃及伊蚊基因,其技術(shù)使基因序列比2007年的研究長得多。接下來,生物納米基因組學(xué)的科學(xué)家們確定了這些長序列是如何結(jié)合在一起的。最后,貝勒大學(xué)的研究人員使用了一種叫做Hi-C的方法來確定整個染色體上序列的排列。
“這是一份昂貴的工作。如果沒有我們公司合作伙伴捐贈的儀器和專業(yè)知識,我們就無法完成這項(xiàng)任務(wù),”沃斯?fàn)栒f?!鞍l(fā)了4143封郵件,用了1102天,發(fā)表這篇論文,真是可喜可賀!”
合作產(chǎn)生了一個全面的Ae目錄。埃及伊蚊——一個和它所來自的物種一樣強(qiáng)大的基因組。這個小組用新工具浪費(fèi)了他們的工作時間。
了解敵人
研究人員配備了高質(zhì)量的基因組藍(lán)圖,可以描述以前未知的基因。例如,他們發(fā)現(xiàn)了編碼數(shù)十種新型離子受體(IRs)的基因,這些受體可以檢測環(huán)境中的氣味,并幫助將蚊子引導(dǎo)到重要的地方,如產(chǎn)卵地或成熟的裸露膝蓋。有了關(guān)于紅外的新基因細(xì)節(jié),研究人員現(xiàn)在可以開發(fā)新的驅(qū)蟲劑,干擾蚊子發(fā)現(xiàn)和叮咬我們的能力。
在分析基因組時,研究人員還注意到一些蚊子有多個編碼谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)的基因拷貝,谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶是一種中和農(nóng)藥毒性的酶。馬修斯說,這一發(fā)現(xiàn)表明Ae。埃及伊蚊正在不斷發(fā)展,通過添加基因來破壞殺死它們的化學(xué)物質(zhì),從而保護(hù)自己免受人工毒素的侵害。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員制造化學(xué)物質(zhì)來消滅對現(xiàn)有殺蟲劑有抗性的蚊子。
一個更環(huán)保的對抗攜帶疾病的疾病的策略不是直接殺死它們,而是以一種威脅較小的方式修復(fù)它們的基因。研究人員報告說,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。
第一個涉及一點(diǎn)性別歧視。只有女性Ae。埃及的血宴;因此,減少女性人數(shù)需要減少病毒的傳播。通過查閱新的基因組,研究人員可以識別出決定蚊子性別的基因。這一發(fā)現(xiàn)可用于設(shè)計男性專用群體。正如馬修斯所說,“沒有女人,沒有咬傷,沒有疾病?!?
然而,并不是所有的雌性蚊子都攜帶病毒。例如,研究人員知道有一些Ae。埃及伊蚊不會被登革熱病毒感染,所以不會傳染給人類。利用新的基因組,研究小組能夠定位控制病毒易感性的基因。通過進(jìn)一步的研究,科學(xué)家可以改變Ae。埃及伊蚊的脫氧核糖核酸防止這一物種傳播疾病。
馬修斯說:“為了有效編輯蚊子基因組,你需要知道的不僅僅是相關(guān)基因的序列?!澳氵€需要知道周圍DNA區(qū)域的序列,這樣你就可以知道在哪里插入所需的基因。這就是為什么這個新基因組的正確性和完整性很重要?!?
一系列的改進(jìn)
這些發(fā)現(xiàn)只突出了基因組潛在應(yīng)用的一小部分。沃斯威爾實(shí)驗(yàn)室正在積極利用這一點(diǎn)。
個工具進(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,人們便開始深入研究它,”馬修斯說。“數(shù)十個,甚至數(shù)百個實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在他們的工作中使用過它,而這個數(shù)字只會隨著我們論文的出版而增長。”
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。
“除了獲得最佳基因組閡伊蚊。,我們也提出了如何組裝等棘手的基因組的路線圖-無需72個合著者和三年的工作,”馬修斯說。“這就制定了采取任何有機(jī)體并將其轉(zhuǎn)化為遺傳易處理動物的策略。我發(fā)現(xiàn)這真的令人興奮。”
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