懷特黑德研究所的研究人員在Apicomplexa進行了第一次全基因組篩選，Apicomplexa是一種引起瘧疾，巴貝蟲病，隱孢子蟲病和弓形蟲病的單細胞寄生蟲門。屏幕將光線照射到廣泛的，未經(jīng)研究的寄生蟲基因組中，揭示了例如所有apicomplexans共有的蛋白質(zhì)。

懷特黑德研究員塞巴斯蒂安·盧里多說：“從來沒有一種真正好的方式來觀察任何apicomplexan寄生蟲中所有基因的功能。” “我們已經(jīng)引入了一種評估整個基因組功能的方法。這項技術(shù)可用于研究各種主題，從營養(yǎng)物獲取和免疫壓力反應(yīng)到上位性和遺傳相互作用。這是一個重要的飛躍?？梢栽谶@些寄生蟲中進行調(diào)查。“

美國疾病控制和預(yù)防中心(CDC)估計，美國有超過6,000萬人感染弓形蟲。通過從感染的貓糞中攝取卵母細胞或通過食用含有弓形蟲囊腫的未煮熟的肉來進行傳播。感染后，一些健康人會出現(xiàn)一個月或更長時間的流感樣癥狀，但這種疾病可導(dǎo)致免疫功能低下的癲癇發(fā)作和可能致命的腦炎，包括接受移植的患者，艾滋病毒/艾滋病患者，癌癥患者，老年人和年輕人兒童。如果母親在懷孕期間受到感染，她可以將寄生蟲傳染給她的胎兒，這可能導(dǎo)致流產(chǎn)，死產(chǎn)，大腦或眼睛受損或孩子聽力喪失。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的數(shù)據(jù)，雖然弓形蟲病可能是一種嚴重的疾病，但另一種apicomplexan，即導(dǎo)致瘧疾的寄生蟲惡性瘧原蟲，在2015年造成超過40萬人死亡。由于剛地弓形蟲和惡性瘧原蟲密切相關(guān)，因此弓形蟲可以作為研究其更致命的表親的模式生物。然而，對剛地弓形蟲的研究由于科學(xué)家無法快速有效地敲除基因而受到阻礙。RNA干擾(RNAi)是評估許多生物體中基因功能的有效工具，在apicomplexans中基本上無效，而隨機誘變很難解釋，因為改變的基因很難識別。遺傳雜交也很難實施，因為寄生蟲的性階段只發(fā)生在貓身上。

此外，使用CRISPR / Cas9編輯系統(tǒng)改變弓形蟲基因組因Cas9酶的毒性而受到限制。為了克服這個障礙，Lourido實驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了一種“誘餌”單指導(dǎo)RNA，可有效減少Cas9在基因組上的過度活躍。使用這種“柔和的”CRISPR / Cas9系統(tǒng)，研究人員能夠破壞弓形蟲的8,158個基因并研究它們各自的功能。該方法鑒定了所有頂復(fù)門中存在的大約200個基因，這些基因有助于寄生蟲在人類細胞感染期間的適應(yīng)性。

其中一個基因編碼一種蛋白質(zhì)，該團隊稱其為claudin樣apicomplexan microneme蛋白(CLAMP)，它對寄生蟲對宿主細胞的侵襲有很強的影響。為了進一步分析蛋白質(zhì)的作用并確認其對另一種apicomplexan的必要性，該團隊與麻省理工學(xué)院的Jacquin Niles實驗室合作，在惡性瘧原蟲中敲除蛋白質(zhì)。沒有功能性CLAMP，瘧疾寄生蟲不能在紅細胞中生長。該團隊的調(diào)查結(jié)果將于本周在Cell雜志上在線描述。

盡管全基因組CRISPR / Cas9系統(tǒng)在弓形蟲中表現(xiàn)良好，但惡性瘧原蟲仍缺乏等效策略。

“瘧疾很難以同樣的方式操縱，”Lourido實驗室的博士后研究員，同時也是Cell論文的共同作者Diego Huet說。“因為它的基因組是腺嘌呤(A) - 和富含胸腺嘧啶(T)，所以很難在你想要的地方產(chǎn)生切口。瘧疾寄生蟲也缺乏DNA修復(fù)的非同源末端連接途徑，需要修復(fù)模板時用CRISPR / Cas9進行切割。這些問題代表了這種寄生蟲中類似全基因組方法的技術(shù)障礙，使得弓形蟲成為瘧疾更重要的模型。我們可以研究這么多。“

Sourma Sidik是該研究的共同作者，也是Lourido實驗室的研究助理。他補充說：“現(xiàn)在我們可以開始改變寄生蟲所處的環(huán)境，看看它們是如何反應(yīng)的。我們可以通過添加藥物來添加環(huán)境，添加免疫壓力，或嘗試不同細胞類型的寄生蟲入侵。我們可以在一周內(nèi)擊倒整個基因組，而在我們每月只能做一個基因之前。通過CRISPR篩選，可能性是無窮無盡的。