ถอดรหัสจีโนมเห็บขาดำ

ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ได้ถอดรหัสจีโนมที่ครอบคลุมและต่อเนื่องชุดแรกสำหรับปรสิตที่มีหน้าที่ในการแพร่โรคลายม์และการติดเชื้อร้ายแรงอื่นๆ ไปยังชาวอเมริกันหลายแสนคนต่อปี ด้วยจีโนมที่อธิบายใหม่สำหรับเห็บขาดำหรือเห็บกวาง เชื้อรา

นักวิจัยระบุยีนใหม่และการทำงานของโปรตีนใหม่ได้หลายพันชนิด รวมถึงโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับภูมิคุ้มกันของเห็บ การแพร่กระจายของโรค และระยะการพัฒนา โฆษณา งานนี้ให้ข้อมูลที่มีค่าสำหรับการพัฒนาวิธีการสำหรับโรคต่างๆ ที่มีเห็บเป็นพาหะ ซึ่งเหนือกว่าความพยายามก่อนหน้านี้อย่างมากในการจัดลำดับจีโนมของเห็บ ซึ่งส่งผลให้จีโนมบางส่วนหรือชิ้นส่วนของจีโนมมีช่องว่างและความไม่แน่นอน การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Geneticsเมื่อวันที่ 19 มกราคม 2023 และเกิดขึ้นได้จากความร่วมมืออย่างใกล้ชิดระหว่างสถาบันการศึกษาหลายแห่ง ภาคอุตสาหกรรม และสถาบันของรัฐบาลกลาง Utpal Pal ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาและศาสตราจารย์แห่งวิทยาลัยสัตวแพทยศาสตร์แห่งเวอร์จิเนีย-แมริแลนด์กล่าวว่า "เรารู้สึกตื่นเต้นมากที่มีจีโนมอ้างอิงนี้ เพราะมีคำถามมากมายที่ยังไม่มีคำตอบเกี่ยวกับวิธีที่ปรสิตเหล่านี้วิวัฒนาการและแพร่โรค" ที่คอลเลจพาร์ค "เราเชื่อว่ามีปัจจัยทางพันธุกรรมที่มีส่วนทำให้เห็บเหล่านี้เป็นพาหะนำโรคได้ดี แต่เราไม่สามารถเข้าใจได้อย่างแท้จริงหากไม่มีจีโนมที่ดีเช่นนี้" เห็บขาดำ ( Ixodes scapularis ) หรือสายพันธุ์ที่ใกล้เคียงกันนั้นแพร่หลายไปทั่วอเมริกาเหนือ ยุโรป แอฟริกาเหนือ และเอเชีย พวกมันเป็นพาหะหลักของโรคต่างๆ รวมถึงโรคลายม์ ซึ่งแพร่เชื้อให้ชาวอเมริกันเกือบครึ่งล้านคนต่อปี ยังมีอีกหลายแง่มุมของชีววิทยาที่ยังไม่ทราบ ด้วยจีโนมที่สมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์สามารถเริ่มคลี่คลายกลไกระดับโมเลกุลที่อยู่เบื้องหลังหลายแง่มุมของชีววิทยาของปรสิตและการมีปฏิสัมพันธ์กับโฮสต์และโรคที่แพร่เชื้อได้ จีโนมของเห็บขาดำประกอบด้วยรหัสดีเอ็นเอแยกกันมากกว่า 2 พันล้านชิ้น (แสดงเป็นชุดของนิวคลีโอไทด์สี่ตัวแทนด้วยตัวอักษร ATCG) เช่นเดียวกับตัวอักษรที่รวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างคำในประโยค รหัส DNA จะรวมอยู่ในยีนที่ประกอบกันเป็นจีโนม งานก่อนหน้าในการถอดรหัสจีโนมของเห็บนั้นใช้เห็บที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะหรือเซลล์เห็บจำนวนมากที่เติบโตในห้องทดลองมาหลายชั่วอายุคน ซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาดหรือรวมตัวอย่างจากเห็บหลายตัว ส่งผลให้เกิดการรวมรหัสที่แยกส่วนพร้อมข้อมูลโค้ดซ้ำซ้อนจำนวนมาก นักวิจัยต้องประกอบตัวอย่างข้อมูลอีกครั้ง โดยพิจารณาว่าแต่ละยีนเริ่มต้นและสิ้นสุดที่ใด และควรจัดเรียงอย่างไร เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ Pal และเพื่อนร่วมงานได้รวมสองวิธีเพื่อจัดลำดับจีโนมของเห็บตัวเดียว วิธีหนึ่งถอดรหัสจีโนมทั้งหมดในคราวเดียว สร้างลำดับที่สมบูรณ์ แต่ค่อนข้าง "คลุมเครือ" ซึ่งหมายความว่ารหัสไม่ชัดเจนในหลายๆ แห่ง ในวิธีที่สอง นักวิจัยใช้เทคนิคทั่วไปที่เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่โพลิเมอเรสหรือ PCR เพื่อ "ขยาย" ส่วนย่อยของจีโนมเพื่อให้สามารถอ่านได้ชัดเจนยิ่งขึ้น จากนั้น ทีมงานได้รวมผลลัพธ์ทั้งสองเข้าด้วยกัน ซึ่งคล้ายกับการใช้ภาพขนาดใหญ่ที่เลือนลางเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการประกอบชิ้นส่วนปริศนาที่มีความละเอียดสูง ในที่สุด นักวิจัยใช้เทคนิคที่เรียกว่า "Hi-C" เพื่อเชื่อมชิ้นส่วน DNA ชิ้นเล็กๆ ให้เป็นเกลียวที่ยาวและต่อเนื่องกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือจีโนมคุณภาพสูงที่อยู่ติดกันซึ่งสมบูรณ์ 98% จีโนมใหม่เผยให้เห็นว่า 40% ของคำอธิบายประกอบที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับเห็บขาดำนั้นใช้เทคโนโลยีที่เก่ากว่าและจำเป็นต้องได้รับการอัปเดต ต่อไป นักวิจัยได้เปรียบเทียบจีโนมที่สมบูรณ์ของพวกมันกับตัวอย่างข้อมูลของจีโนมที่เรียงลำดับจากเห็บป่าที่จับได้ 51 ตัว ซึ่งแสดงให้เห็นว่างานใหม่นี้สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการระบุส่วนของสารพันธุกรรมจากบุคคลอื่นได้ นอกจากนี้ยังระบุความหลากหลายทางพันธุกรรมที่ไม่รู้จักในกลุ่มเห็บจากภูมิภาคต่างๆ ในสหรัฐอเมริกา ในที่สุด ทีมวิเคราะห์จีโนมของเห็บเพื่อระบุยีนและโปรตีนใหม่นับพัน และอธิบายหน้าที่ที่สำคัญใหม่ของยีนเหล่านั้น ตัวอย่างเช่น ในการทดลองหนึ่ง พวกเขาพบว่าโปรตีนบางชนิดมีอยู่เฉพาะในบางช่วงของวงจรชีวิตของเห็บ หรือในบางช่วงของเลือดและการย่อยอาหารของเห็บ ด้วยการทำลายยีนที่บอกให้เซลล์เห็บสร้างโปรตีนเหล่านี้ พวกมันสามารถรบกวนกระบวนการให้อาหารและการย่อยอาหารของเห็บได้ การทำงานในอนาคตเช่นนี้สามารถช่วยกำหนดเป้าหมายการบำบัดด้วยยีนและวัคซีนที่ขัดขวางวงจรการแพร่กระจายของโรคระหว่างเห็บและมนุษย์ ผลลัพธ์เพิ่มเติมของการศึกษาคือ นักวิจัยระบุและอธิบายจีโนมที่ครอบคลุมมากขึ้นสำหรับRickettsia buchneriซึ่งเป็นแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคที่ก่อให้เกิดโรค rickettsiosis ทรัพยากรจีโนมที่อธิบายไว้ในเอกสารเผยแพร่สู่สาธารณะผ่านฐานข้อมูลหลัก และจะเป็นประโยชน์ในการพัฒนาการวิจัยเห็บและมาตรการป้องกัน