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北京生科院趙方慶團隊合作在蜱及蜱媒傳染病防控研究中取得重大突破
發表日期: 2020-08-24 來源:
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  Tick是一種傳播人獸共患病的重要媒介。作為嚴格的吸血性節肢動物,蜱幾乎可以叮咬陸地上所有的動物,且吸血時間長、吸血量大、生活史復雜。這些特點使蜱攜帶了最廣泛的病原體種類,包括病毒、細菌、真菌、寄生蟲;傳播40余種疾病,如森林腦炎、克里米亞-剛果出血熱、發熱伴減少綜合征、萊姆病、立克次體病、無形體病、巴貝西蟲病等,可導致死亡或慢性后遺癥,嚴重影響生活質量。 

  伴隨我國退耕還林還草,生態環境改善,人們與大自然日益親近,被蜱蟲叮咬和患病的幾率與日俱增,然而由于缺少對蜱的認識,經常被認為得了怪病,引起恐慌。防控蜱及蜱媒傳染病,亟需對蜱生物特性的遺傳背景、物種基因組多樣性、病原體-宿主相互作用等關鍵問題的深度認識,然而蜱基因組研究一直是一項空白,全球也僅有肩突硬蜱1個蜱種的基因組發布,嚴重制約了蜱及蜱媒傳染病的防控工作。 

  2020818日,中國科學院北京生命科學研究院趙方慶團隊與軍事科學院軍事醫學研究院微生物流行病研究所曹務春團隊合作在Cell上發表了題為Large-scale comparative analyses of tick genomes elucidate their genetic diversity and vector capacities的封面文章,首次報道了我國6大廣布蜱種的高質量基因組,包括全溝硬蜱Ixodes persulcatus、長角血蜱Haemaphysalis longicornis、森林革蜱Dermacentor silvarum、亞洲璃眼蜱Hyalomma asiaticum、血紅扇頭蜱Rhipicephalus sanguineus和微小扇頭蜱Rhipicephalus microplus。同時深入研究了我國28個省市、覆蓋10余種生態地理動物區劃的678組蜱蟲樣本,首次闡明了6大蜱種的基因組多樣性與群體遺傳結構,以及病原體分布特點,為深度研究蜱及蜱媒傳染病提供了極為寶貴的資源與重要理論依據。   

 1. 圖片摘要 

 2. 獲選為雜志封面 

  該研究歷時3年多,采用三代測序結合Hi-C染色體構象捕獲技術輔助基因組組裝,最終獲得了6個高精度基因組圖譜。依托該圖譜及相關數據,系統闡示了不同蜱種的演化歷史及分化時間,并通過比較基因組和差異轉錄組分析,從血紅素利用、鐵代謝、活性氧ROS平衡、細胞與體液免疫幾方面揭示了蜱專性吸血的遺傳學基礎。該研究發現全溝硬蜱吸食宿主廣泛、長角血蜱分布范圍廣泛、微小扇頭蜱單一宿主的生活史等特性與絲氨酸膜蛋白裂解酶TMPRSS6、細胞色素P450、化學感受器受體IRs等特定基因家族的擴張與收縮有關。 

  我國共有29130種蜱,物種多樣性可見一斑。由于以往缺乏基因組數據支撐,蜱的遺傳多樣性及其分布規律研究一直難以深入開展。該研究對6大蜱種多個生態地域、不同生境來源的大規模標本進行了基因組重測序,構建的線粒體和核基因組系統發育樹表明蜱的群體進化具有生態地域性和物種特異性。例如,來自新疆和內蒙古的亞洲璃眼蜱,雖然形態上極為相似,卻具有不同的遺傳特性;長角血蜱雖然為廣布種,但其遺傳多樣性相對較低、基因組相對保守;而寄生于牛等偶蹄類家畜的單宿主蜱-微小扇頭蜱,明顯分為三個不同的進化分支,且與地域性相關,提示單一的宿主特性可能促成了不同地域微小扇頭蜱的進化選擇。 

  鑒于人們對蜱攜帶病原體和傳播疾病的媒介作用最為關注,該研究基于宏基因組學技術分析了全國范圍內6大蜱種的病原體分布與構成,發現同樣具有蜱種特異性和生態地域性。比如,全溝硬蜱攜帶的病原體種類最多,血紅扇頭蜱最少,森林革蜱中立克次體的豐度和占比很高;生活在不同生態地域的同一蜱種,攜帶的立克次體種類也有所不同。該研究還結合微生物組學分析和流行病學調查數據,研究了我國已報道蜱媒傳染病分布地域與蜱攜帶病原體豐度之間的關系,發現高豐度(如立克次體)和低豐度(如螺旋體)的病原體,都可以經蜱傳播在當地引發蜱媒傳染病(如立克次體病與萊姆病),因此需要建立更敏感的檢測方法監測低豐度的病原體,用于蜱媒病的防控。 

  該研究解決了蜱及蜱媒傳染病的防控的重大科學問題:深入挖掘了蜱的生物特性、病原體與宿主互作關系等的特征,為防控和降低蜱媒病感染提供重要工具;揭示了蜱的遺傳多樣性和分布規律、蜱適應生態環境的演化過程,提供不同地域不同蜱種精準防控策略的理論支持;尤其重要的是,首次為識別蜱攜帶的大量微生物與新發病原體提供了重要的微生物組數據,為建立重點物種、熱點地域的蜱媒傳染病風險識別與預警提供了重要基礎。始料未及的全球新冠疫情大流行讓人們更加關注人與自然、人與動物的關系。該研究在大流行背景下如期發表,為研究與控制蜱及蜱媒傳染病提供了極為寶貴的資源。 

  文章第一作者為軍事科學院軍事醫學研究院微生物流行病研究所賈娜副研究員、中國科學院北京生命科學研究院王金鋒副研究員、軍事科學院軍事醫學研究院微生物流行病研究所石文強助理研究員、中國科學院北京生命科學研究院杜立鋒博士與軍事科學院軍事醫學研究院微生物流行病研究所孫毅研究員。 

  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.07.023 

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