Science：必需基因已被揭示，消除瘧疾指日可待！

　　瘧原蟲，尤其是惡性瘧原蟲，是地球上最致命的生物之一，它的致病性在很大程度上歸因于其獨特的基因組組成。這種寄生蟲的基因組絕大多數偏向于A  -T堿基對（ > 80 % ），這使得科學家們難以應用基本的分子生物學技術對其進行研究。最近，南佛羅里達大學的一個研究團隊利用惡性瘧原蟲基因組成的這種奇特現象，創造了38，000株突變株，進而確定了哪些生物基因對其生長和存活至關重要。

Colorized scanning electron micrograph of red blood cell infected with malaria parasites. [NIAID]

　　最新結果于5月4日以“Uncovering the essential genes of the human malaria parasite Plasmodium falciparum by saturation mutagenesis”為題發表在《Science》雜志上。

　　惡性瘧原蟲的完整遺傳序列是十多年前被確定的，但其大部分基因的功能仍然未知。先前，科學家們在實驗室中只產生了幾百個突變株。操縱惡性瘧原蟲的難點在于其基因組中腺嘌呤（adenine）和胸腺嘧啶（thymine）的百分比極高。由于產生突變體的標準方法依賴于更多的基因序列變異，因此對惡性瘧原蟲不起作用。

　　在最新的這項研究中，科學家們利用一種優先針對富含腺嘌呤和胸腺嘧啶的區域的技術，創造了幾乎所有瘧原蟲的6000個基因的突變版本。

　　具體而言，研究人員利用惡性瘧原蟲基因組的AT豐富度產生了超過38，000個惡性瘧原蟲突變體。在這種誘變水平上，研究人員可以將必需基因區分為不可交換基因和可變基因。

　　“我們計算了誘變指數得分（MISs）和誘變適應度得分（MFSs），以便從功能上定義破壞5399個基因的相對適應度成本。” 作者指出。競爭性生長表型篩選（A competitive growth phenotype screen）證實，MIS和MFS可預測體外無性生長適應成本（the fitness cost for in vitro asexual growth）。其中被預測為必需的基因包括與耐藥性相關的基因（如“K13” Kelch propeller、mdr、dhfr-ts）以及被認為對藥物開發具有高價值的靶標（如 pkg and cdpk5）。該篩選還揭示了對人類瘧原蟲具有特異性但在嚙齒類感染物種中不存在的必需基因，例如，在人類感染中對傳播至關重要的脂質代謝基因。

　　需要強調的是，該研究所用的計算分析能夠區分非必需基因（那些可能突變的基因）和必需的、不突變的基因。在瘧原蟲的無性血液階段，大約2600個基因被認為是其生長和存活所不可缺少的，其中包括與惡性瘧原蟲抵抗抗瘧藥物的能力有關的靶標，這也表明，這些基因將成為是新的或改進的抗瘧化合物的高度優先靶標。

　　“確定超過2680個必需基因，包括約1000個瘧原蟲保守必需基因（Plasmodium-conserved essential genes），對于抗瘧治療研究將是有價值的。”作者們總結道。