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高风险策略使疟原虫能够快速应对不可预测的变化

一项新的研究表明,引起疟疾的寄生虫表达的基因编码了其在以后的生活阶段所需的蛋白质,使用两种单独的方案来防止这些蛋白质在需要它们之前被真正制造出来。准备好这些基因的mRNA具有很高的风险:这在能源上非常昂贵,过早产生的蛋白质可能导致寄生虫变得无传染性。但是,这种策略允许寄生虫在其蚊子和人类宿主之间传播时快速响应不可预测的变化。了解这些“翻译抑制”方案可以使研究人员发现他们的弱点,这些弱点可以在抗击疟疾的新策略中加以利用。

由宾夕法尼亚州立大学,西雅图系统生物学研究所,约翰·霍普金斯大学和华盛顿大学的科学家团队进行的这项研究于2019年10月31日发表在《自然通讯》杂志上。

疟原虫具有复杂的生命周期,在这种生命周期中,疟原虫在蚊子和人类宿主之间来回传播。寄生虫无法预测这些传播何时发生,因此它需要能够迅速做出反应,以应对其环境的变化。我们知道寄生虫是如何为从人类跃入蚊子的准备的,但是直到现在,没人能系统地研究过寄生虫如何为从蚊子变成人类的跃迁做准备。”

根据2018年世界卫生组织《世界疟疾报告》,疟原虫每年感染2亿人,导致约40万人死亡,当它从被感染的哺乳动物中获取血粉时会进入蚊子。在蚊子内部,雄性和雌性寄生虫融合并最终在蚊子的胃中产生卵囊。在卵囊内部,这些寄生虫会进一步转化,形成数千个弱感染性子孢子。当卵囊破裂时,子孢子穿过蚊子的血液并钻入蚊子的唾液腺,当蚊子吃下一顿饭时,它们可以被传播回哺乳动物。在从卵囊进入唾液腺的过程中,子孢子的感染力增加了10,000倍。

研究小组从卵囊和唾液腺阶段生产并纯化了大量子孢子,然后使用最新的RNA测序和基于质谱的蛋白质组学来鉴定存在于卵子中的所有mRNA和蛋白质。每个阶段。他们在疟原虫yoelii(一种感染小鼠的疟原虫,在实验室中更容易处理)和恶性疟原虫(一种人类感染性寄生虫,导致大多数与疟疾有关的死亡)中都这样做了。

Lindner说:“ yoelii通常在实验室研究中是首选,因为我们可以在整个生命周期中轻松追踪它,但是它可能与恶性疟原虫有重要区别。”“通过研究两者,我们可以确定这些过程的保守程度,以及在感染不同宿主的寄生虫物种之间是否存在表现出相似行为的特定mRNA或蛋白质。”

通过这项研究,研究人员证明,使用类似于从人体内传播至蚊子的寄生虫​​的方案,子孢子可产生其生命周期下一阶段所需基因的mRNA,但随后会积极抑制其翻译为蛋白质。以这种方式翻译抑制了多达四分之三的最丰富产生的mRNA。

Lindner说:“令人兴奋的是,我们鉴定了两个独立的翻译抑制程序,它们同时,独立和针对不同的mRNA起作用。”“第一个程序抑制卵囊子孢子中产生的mRNA,该蛋白编码在寄生虫从蚊子的中肠进入唾液腺的过程中在某个时刻产生的蛋白质。第二个程序抑制整个子孢子阶段产生的mRNA,但不抑制允许产生编码的蛋白质,直到将寄生虫传播到其哺乳动物宿主中为止。”

Lindner说:“我们现在正在设法找到如何在寄生虫中控制这些翻译抑制程序,如果在这种危险策略中我们可以利用弱点,我们可以使用新的疗法将寄生虫推向边缘。

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