国家人类基因组南方研究中心、中国疾病预防控制中心寄生虫病预防控制所、上海瑞金医院、复旦大学以及美国和澳大利亚的科研人员通力合作,最近在血吸虫功能基因组和蛋白质组研究方面取得了重大进展。国际权威学术杂志《公共科学图书馆》(PLoS Pathogens)近日在其网站上发表了相关论文。
血吸虫病仍在全球76个国家中流行,尤其在一些发展中国家蔓延。近年来,血吸虫病在我国一些地区也有上升趋势。血吸虫病的病原体是血吸虫,深入了解血吸虫的基因组和蛋白质组信息有助于开发新型血吸虫病的诊断方法、治疗药物和疫苗,从而控制甚至消灭血吸虫病。
在这项研究中,科研人员首次采用了系统生物学研究策略和分析方法,利用高通量蛋白质组鉴定技术,针对日本血吸虫的不同发育阶段、性别、表皮和卵壳等进行了大规模的蛋白质鉴定,鉴定出超过3200种血吸虫蛋白。这也是我国科学家首次对多细胞病原体进行全面和系统的蛋白质组学分析。
研究团队获得了约10万个来自血吸虫不同发育阶段和性别的基因片段,分析表明这些基因片段代表了约15000个基因种类,约占日本血吸虫基因总数的90%。其中,8400多个血吸虫基因编码蛋白质,建立了目前世界上最大的日本血吸虫功能基因组公共数据库。
利用高通量蛋白质组鉴定技术,研究人员鉴定了血吸虫不同发育阶段以及童虫、雌虫、雄虫的表皮和卵壳等蛋白质表达,共鉴定出3260个血吸虫蛋白。研究发现,血吸虫在不同发育阶段表达不同的蛋白,这与其生活特点密切相关,为研究血吸虫的生物学行为和致病分子机制奠定了基础。
在血吸虫表皮和卵壳中表达的某些蛋白与寄生的哺乳动物宿主(包括人类)具有高度的序列同源性,使得血吸虫能够通过抗原模拟逃避宿主的免疫攻击。此外,研究还发现了许多氧化还原酶体系用于分解宿主的攻击分子。有趣的是,一些蛋白分子能够调节宿主免疫细胞,或抑制免疫细胞的作用,或激发特定的宿主免疫反应,有利于肉芽肿的形成,从而完成其生命周期。
研究还发现,日本血吸虫存在大量遗传多态性,这是血吸虫逃避宿主免疫攻击的主要手段之一。这些多态性在不同地区的血吸虫中普遍存在,包括来自安徽、江西、湖南、湖北和四川的血吸虫,提示开发血吸虫疫苗时必须克服这种免疫逃逸机制。
课题组分析了1500多个血吸虫基因的分子进化过程,发现少数基因在进化过程中具有显著的选择压力,并且这些基因大多定位于血吸虫的表皮和卵壳上,表明血吸虫在进化过程中不断适应变化的环境,尤其是在与宿主免疫系统的相互作用中。
此外,血吸虫除了拥有大量与其他物种同源的基因外,还有许多特有基因。课题组找出了1300多个血吸虫特有基因,为理解血吸虫的生物学特征、开发抗血吸虫药物以及研制血吸虫疫苗奠定了理论基础。
这项研究的成果得到了国际同行的高度评价,认为这是第一个公开的血吸虫蛋白质组数据,对日本血吸虫及其他血吸虫和扁形动物的研究具有重要价值。