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Science:构建出疟原虫完整生命周期的细胞图谱---疟疾细胞图谱,极大加快疟疾研究和疗法开发

来源:本站原创 2019-08-25 19:17

2019年8月25日讯/生物谷BIOON/---疟原虫是疟疾的致病因子,是具有不同形态发育阶段的单细胞生物,每个阶段都专门生活在极其不同的环境和宿主细胞类型中。这种形态多样性的基础是对它的紧凑基因组的严格调控,不过大约40%基因的功能仍然未知,这阻碍了有效药物和疫苗开发的速度。单细胞RNA测序(scRNA-seq)允许构建发育过程、细胞多样性和细胞间差异的高分辨率图谱,而且它在单细胞生物中的应用揭示了疟原虫在整个生命周期中的个体水平变异。

在一项新的研究中,来自英国、丹麦、肯尼亚、南非、澳大利亚、瑞典和法国的研究人员构建出疟疾细胞图谱(Malaria Cell Atlas),这种图谱呈现出疟原虫在所有形态生命周期阶段的转录组学特征。这种图谱的目标是(i)了解在整个生命周期中的基因功能和使用;(ii)理解发育阶段转变背后的基因调控机制;(iii)发现疟原虫两头下注(bet-hedging)模式;(iv)提供一种参考数据集,可用于了解多种疟原虫物种在实验室中和在自然感染下的寄生虫生物学特性。相关研究结果发表在2019年8月23日的Science期刊上,论文标题为“The Malaria Cell Atlas: Single parasite transcriptomes across the complete Plasmodium life cycle”。
图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw2619。

这些研究人员通过使用细胞分选方法分离出1787个疟原虫,并且在涵盖蚊子和哺乳动物宿主中所有生命周期阶段的10个时间点对它们的全长转录组进行了分析。

从这些数据中,他们能够了解发育的精细转录模式,并确定与疟原虫阶段、细胞策略(增殖阶段、生长阶段和有性阶段)和宿主环境相关的标志基因。对整个生命周期中的单细胞基因表达模式的比较揭示出在发育过程中有几组基因的表达模式相似。由此产生的行为相似的基因簇能够推断出仍然未被表征的大约40%基因的可能功能。

通过使用液滴测序,这些研究人员对来自三种疟原虫物种(包括两种人类疟原虫病原体)的红细胞内发育周期的另外15858个细胞进行了测序。他们在生命周期的致病阶段对这三种疟原虫物种的发育轨迹进行了比对,并建立了一种跨物种比较的方法。最后,他们开发出一种保存从天然的受感染携带者中收集的野生疟原虫的实验方案,使用scRNA-seq进行测序,并将疟疾细胞图谱作为参考,以便鉴定出野生疟原虫发育阶段并在单细胞分辨率下表征天然的混合物种感染。

综上所述,这些研究人为疟原虫的所有生命周期阶段生成了转录组数据,并通过互动的疟疾细胞图谱网站www.sanger.ac.uk/science/tools/mca/mca/发布了这些数据。疟疾细胞图谱提供了关于基因功能和疟原虫发育进程的新见解。他们证实它可以作为转录组学参考,便于解释来自多个物种和多种技术的数据。对具有巨大遗传多样性的野生疟原虫的表征将推动对来自受感染携带者的疟原虫直接进行病理学和传播研究。他们认为疟疾细胞图谱将促进急需的新药、疫苗和传播阻断策略的开发。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Virginia M. Howick et al. The Malaria Cell Atlas: Single parasite transcriptomes across the complete Plasmodium life cycle. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw2619.

2.Elizabeth A. Winzeler. A roadmap for malaria research. Science, 2019, doi:10.1126/science.aay5963.
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