科學(xué)家已經(jīng)組裝了人類最古老和最不愛的同伴之一的第一個(gè)完整的基因組：臭蟲。這項(xiàng)新研究由美國(guó)自然歷史博物館和威爾康奈爾醫(yī)學(xué)研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，于2月2日在Nature Communications上發(fā)表，可以幫助對(duì)抗不受歡迎的寄生蟲對(duì)農(nóng)藥的抗藥性。該數(shù)據(jù)還為人類宿主和城市(包括地鐵)中的臭蟲活動(dòng)提供了豐富的遺傳資源。

“臭蟲是紐約市最具標(biāo)志性的活化石之一，伴隨著蟑螂，這意味著它們的外觀幾乎沒有在它們的長(zhǎng)系中發(fā)生變化，”相應(yīng)的作者喬治阿馬托說，該博物館的薩克勒比較基因組學(xué)研究所所長(zhǎng)。“但是，盡管它們看起來很靜止，但我們知道它們會(huì)繼續(xù)發(fā)展，主要是因?yàn)槿祟惛y以與它們分離。這項(xiàng)工作為我們提供了探索臭蟲基本生物學(xué)及其適應(yīng)人類密集環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)。 “

常見的臭蟲(Cimex lectularius)已經(jīng)與人類結(jié)合了數(shù)千年。該物種存在于溫帶地區(qū)，更喜歡以人體血液為食。近幾十年來，加熱房屋和全球航空旅行的普遍存在加劇了城市地區(qū)的蟲害，臭蟲不斷獲得血粉，并有機(jī)會(huì)遷移到新的宿主。自20世紀(jì)90年代后期以來臭蟲侵襲的復(fù)蘇主要與昆蟲對(duì)已知?dú)⑾x劑的抗性的演變有關(guān)，其中許多不適合室內(nèi)應(yīng)用。

“由于滴滴涕的廣泛使用，臭蟲幾乎從20世紀(jì)40年代的人類生活中消失了，但不幸的是，在臭蟲和其他害蟲之后很快就過度使用了抵抗問題，”該論文的作者路易斯索爾金說道。博物館無脊椎動(dòng)物學(xué)系的高級(jí)科學(xué)助理。“今天，很高比例的臭蟲都有基因突變，使它們對(duì)常用于對(duì)抗這些城市害蟲的殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性。這使得對(duì)臭蟲的控制非常耗費(fèi)人力。”

研究人員從保存和生存的藏品中提取DNA和RNA，包括1973年首次收集的人群樣本，此后由博物館工作人員維護(hù)。從男性和女性中采集RNA，代表在血餐之前和之后每個(gè)臭蟲的六個(gè)生命階段，以繪制臭蟲基因組的全貌。

“僅僅對(duì)基因組進(jìn)行測(cè)序是不夠的，因?yàn)樗旧聿⒉荒苷f明完整的故事，”博物館無脊椎動(dòng)物學(xué)部和薩克勒比較基因組學(xué)研究所的策展人Mark Siddall說。“除了DNA之外，你想獲得RNA或表達(dá)的基因，你不僅要從一個(gè)臭蟲那里得到它，而且要想在生命周期的每個(gè)部分都來自男性和女性。那么你真的可以開始詢問關(guān)于某些基因如何與獻(xiàn)血，殺蟲劑抗性和其他重要功能相關(guān)的問題。“

研究人員發(fā)現(xiàn)，整個(gè)臭蟲生命周期中基因的數(shù)量相當(dāng)一致，但是他們觀察到基因表達(dá)的顯著變化，特別是在第一次血粉之后。僅在臭蟲首次飲用血液后才表達(dá)的一些基因與殺蟲劑抗性相關(guān)，包括導(dǎo)致更好的解毒作用和更厚的幾丁質(zhì)或皮膚的機(jī)制。這表明臭蟲在第一個(gè)若蟲階段可能是最脆弱的，可能使其成為未來殺蟲劑的良好目標(biāo)?？茖W(xué)家們還確定了三種類型的抗凝血基因及其相關(guān)蛋白質(zhì) - 與高度專業(yè)化的血液供應(yīng)器相一致的特征。與其他20種節(jié)肢動(dòng)物基因組相比，常見臭蟲的基因組與接吻蟲(Rhodnius prolixus)密切相關(guān)，

臭蟲微生物組還包含超過1,500個(gè)基因，這些基因可以映射到400多種不同的細(xì)菌，表明臭蟲擁有豐富的內(nèi)共生菌，可能對(duì)它們的生長(zhǎng)和繁殖至關(guān)重要。這表明，攻擊對(duì)臭蟲有益的細(xì)菌的抗生素(但對(duì)人類不是必需的)可以補(bǔ)充通過殺蟲劑對(duì)昆蟲的控制。

此外，該研究納入了紐約市1,400多個(gè)地點(diǎn)同時(shí)收集的DNA數(shù)據(jù)，包括每個(gè)地鐵站，以觀察微生物多樣性。對(duì)于這項(xiàng)工作，研究人員使用新的基因組數(shù)據(jù)專注于臭蟲的多樣性。他們發(fā)現(xiàn)居住在城市不同地區(qū)的臭蟲的遺傳組成存在差異，這可以通過東西向與南北向地鐵線路的DNA痕跡以及自治市鎮(zhèn)之間和地表之間的痕跡來衡量(例如，長(zhǎng)凳與入閘)。研究結(jié)果表明，城市中彼此接近的地區(qū)有相關(guān)的臭蟲種群和臭蟲從一個(gè)行政區(qū)可以區(qū)別于另一個(gè)行政區(qū)。這種信息可用于繪制已建立和新的城市環(huán)境中臭蟲感染遷移的途徑。

“宏基因組學(xué)和微生物組數(shù)據(jù)的一個(gè)重要特征是它揭示新生物學(xué)的能力，因?yàn)槟憧梢栽谒瓿珊罅⒓磳⒁郧拔粗男蛄杏成涞揭粋€(gè)新的基因組，”克里斯托弗梅森說，他是計(jì)算基因組學(xué)的副教授。生理學(xué)和生物物理學(xué)以及威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院計(jì)算生物醫(yī)學(xué)研究所Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud王子和高級(jí)作者。“隨著每個(gè)基因組的測(cè)序和注釋，對(duì)我們周圍世界的遺傳理解變得更加集中。”