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开发疟疾细胞图谱的第一步

新的单细胞技术使科学家们迄今为止能够以最高分辨率研究疟疾寄生虫。通过调查个体疟疾寄生虫中的基因,来自Wellcome Sanger研究所的科学家们开始了解每种寄生虫在其复杂的生命周期中经历的遗传过程。发表在eLife上的

结果是开发疟疾细胞图谱的第一步,这是一种数据资源,可以提供个体疟疾寄生虫在其整个生命周期中的基因活动概况。疟疾细胞地图集将允许研究人员识别寄生虫生命周期中的弱点,用于药物干预,并将有助于将研究转化为疾病。

世界上将近一半的人口面临疟疾风险,每年有超过2亿人受到感染。这种疾病导致2015年全球近50万人死亡*。

疟疾是由疟原虫寄生虫引起的,疟原虫寄生虫通过被感染的蚊子叮咬传播给人们。疟原虫寄生虫本身是微小的单细胞生物,具有复杂的生命周期,包括许多阶段。它们体积小,生命周期复杂,使寄生虫难以研究。

传统上用于研究哺乳动物,单细胞测序允许科学家研究单个细胞并实现同一组织或器官内细胞状态的真正多样性。

在一项新的研究中,桑格研究所的科学家们对单个疟疾寄生虫进行了单细胞测序,并获得了迄今为止疟疾寄生虫的最高分辨率。

该团队能够发现隐藏的模式,就像不同的寄生虫在感染过程中使用它们的基因一样。当研究大量寄生虫时,这些差异是不可见的。

结果是开发疟疾细胞图谱的第一步 - 一个了解疟疾寄生虫如何在整个生命周期中移动的参考图,以及最易受药物和疫苗影响的寄生虫阶段中个体与个体差异的程度。该地图将首先为啮齿动物疟疾寄生虫创建,将提供在其整个生命周期(包括蚊子体内)中在个体疟疾寄生虫中打开和关闭的所有基因的视觉表示。

疟疾细胞图谱最终将包括寄生虫必须定植的宿主组织的单细胞数据以完成其生命周期,包括蚊子肠细胞和哺乳动物宿主肝细胞。这些组织在疾病的进展和传播中也起着非常重要的作用。

在这项研究中,科学家在寄生虫生命周期的血液阶段分析了500多只啮齿动物疟疾(伯氏疟原虫(Plasmodium berghei))和最致命的人类疟疾寄生虫(恶性疟原虫(Plasmodium falciparum))的个体寄生虫。

通过放大个体P. berghei寄生虫,研究小组能够检测到所有细胞中超过4,500个基因的活动:伯氏疟原虫基因组中90%以上的基因。在个体细胞水平上,研究人员平均检测到近2,000个基因的活性,这是单个疟疾寄生虫中最常见的活动。

“我们现在拥有最高分辨率的疟疾寄生虫图像。通过研究单个寄生虫中每个基因的活性,我们发现了以前隐藏的方法,其中基因被用于血液中疟疾寄生虫的发展。这项研究为在人类自然感染期间研究疟疾寄生虫铺平了道路。“Adam Reid博士,Wellcome Sanger研究所的第一作者

“我们已经更好地了解哪些基因对于寄生虫在疟疾感染传播过程中在人和蚊子之间传播很重要。我们还发现,寄生虫在血液中的发育受到一组基因的调节,这些基因一致地开启和关闭。了解寄生虫的生命周期是如何由特定基因控制的,我们更有可能使用药物来干扰它。“来自Wellcome Sanger研究所的第一作者Arthur Talman博士

以前,疟疾寄生虫已被汇总并一起研究,因此存在微妙的差异个别寄生虫之间可能已经错过了。单一寄生虫可能具有明显的感染优势,现在研究人员可以使用工具来研究这些微妙的差异。

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