研究人员首次绘制出绦虫(tapeworm)的基因组图谱,揭示了一些现有药物可能发挥作用的潜在靶点。这一基因组资源为开发针对这些致人衰弱疾病的有效治疗提供了更快捷的途径。研究发表在《自然》(Nature)杂志上。
在世界卫生组织标注的17种被忽视的热带疾病中,绦虫是导致包虫病(echinococcosis)和囊虫病(cysticercosis)的病因。研究小组对四个绦虫物种的基因组进行了测序,以探究这种寄生虫的遗传和基础生物学。绦虫成虫可相对无害地生活在肠道中,但其幼虫会散播至全身,在内脏器官或组织中形成囊肿,类似癌症般增生,导致失明、癫痫甚至死亡。
论文资深作者、英国剑桥大学Wellcome Trust Sanger研究所的Matthew Berriman博士说:“绦虫感染在全球普遍流行,其疾病负担堪比多发性硬化症或恶性黑色素瘤。这些基因组序列帮助我们直接鉴别急需药物治疗的新靶点,并促进了对寄生虫复杂生物学的理解。”
通常,研究人员通过比较病原体与人类宿主基因组差异来寻找药物靶点。但此次,研究小组特意检测了人类与绦虫之间的相似之处,因为两者均为多细胞生物,且绦虫在进化上与人类相似。通过寻找相似性,他们发现了一些现有药物的活性靶点。利用已批准用于其他用途的药物,可节约时间和金钱。
绦虫相关疾病的许多过程类似于癌性肿瘤,表明绦虫可能对癌症治疗敏感,例如抑制细胞分裂和阻止DNA复制的药物。研究小组编写了一份最可能的药物靶点清单,发现其中许多是现有癌症化疗药物的靶点。
结合生物学知识和全基因组分析,还揭示了其他有前景的靶点。随着时间推移,绦虫丧失了合成对幼虫发育至关重要的必需脂肪和胆固醇的能力,转而从宿主获取。绦虫中最活跃的基因对获取过程至关重要,它们生成结合脂肪的蛋白质或脂肪酸结合蛋白前体。用现有药物破坏这些蛋白可能是一种有效治疗。
德国维尔茨堡大学的共同作者Klaus Brehm教授说:“我们开发了在实验室中培育绦虫细胞的新方法,并正在针对许多从基因组中鉴别的潜在药物靶点进行筛查。鉴于当前可用的成功治疗方案极少,我们希望发现并验证现有候选药物,减轻这种被忽视疾病的负担。”
研究小组还揭示了其他治疗失败的原因。例如,靶向乙酰胆碱酯酶(中枢神经系统中的酶)已成功治疗疟疾和吸虫,但对绦虫无效。分析基因活性表明,绦虫囊肿中乙酰胆碱酯酶生成水平极低,解释了破坏它们无效的原因。
研究小组针对一个绦虫物种,组装出了基本完整的染色体。令人惊讶的是,其与亲缘关系较远的吸虫有相似的染色体组织。高质量的基因组序列使研究小组能够检测绦虫进化中的遗传缺失和获得,提供了数百个潜在药物靶点,并排除了不太可能起作用的靶点。
Baylor医学院国立热带医学院院长Peter Hotez教授说:“我们需要利用这些遗传序列数据寻找新的改进方法,应对这一在发达和发展中世界许多地区造成破坏的问题。开放获取这些完整基因组,将加速我们寻找对抗绦虫感染的替代工具和治疗的步伐。”