Science发布疟原虫的单细胞图谱

疟疾是一种通过蚊子传播的疾病，可危及生命。2022年，全球85个国家估计有2.49亿例疟疾病例和60.8万例疟疾死亡。疟疾由疟原虫引起，其中恶性疟原虫是最致命的寄生虫，在非洲大陆最为流行。

近日，Wellcome Sanger研究所领导的研究团队首次以高分辨率绘制出恶性疟原虫的发育阶段图，提供了从无性状态转变为有性状态的各个发育阶段的详细信息。

这项研究成果于5月3日发表在《Science》杂志上，为疟疾细胞图谱（Malaria Cell Atlas）增添了新内容。这份图谱可帮助研究人员开发阻断寄生虫发育的新方法，包括开发新药或疫苗来预防疾病传播。

恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）是一种单细胞寄生虫，进化迅速，因此很难开发出持久有效的诊断方法、药物和疫苗来预防它。疟疾寄生虫有着巨大的遗传多样性，人们经常会感染不同的虫株。在马里，大约80%的疟疾感染者携带多个遗传上不同的虫株。

疟疾寄生虫在人类宿主体内以无性或有性发育的形式存在。它在人体内的无性繁殖会导致疟疾症状，但要传播疾病，寄生虫必须发育成雄性或雌性生殖细胞，即配子体（gametocyte）。

疟原虫的性别决定和发育受到转录因子控制。成熟的有性形式寄生虫在人体血液中循环，直到被蚊子捕食。

在最新研究中，研究人员利用长读长和短读长单细胞RNA测序技术，分析了37,000个实验室内的疟疾寄生虫细胞，绘制了恶性疟原虫有性发育阶段的图谱。这使得他们能够追踪基因表达水平，并确定哪些基因参与了这一过程的各个阶段。

之后，他们将这一方法应用于马里的四名自然感染疟疾携带者，以此来分析约8,000个寄生虫细胞。这是首次以如此高的分辨率来分析实时感染的虫株。

通过比较实验室数据和自然感染数据，研究人员发现了以往在实验室虫株中未见的寄生虫细胞类型，凸显了真实世界数据的重要性。

值得注意的是，他们观察到同一宿主体内不同基因型的虫株在雄性和雌性配子体上存在转录差异。这些差异主要体现在介导宿主与寄生虫相互作用的基因上。

一些基因在特定虫株的有性发育阶段过表达，参与了寄生虫在蚊子体内的生存，其中一个基因在抑制蚊子免疫力方面发挥作用。下一步，研究人员将评估这些基因对传播的影响。

共同第一作者、Wellcome Sanger研究所的Jesse Rop表示：“这是我们首次绘制出实验室和自然背景下疟疾寄生虫的有性发育阶段图，让我们能够深入了解两者的异同之处。我们的研究发现了自然虫株中存在的新特性，这有助于我们了解疟疾如何发展和传播。”

通讯作者、Wellcome Sanger研究所的进化遗传学家Mara Lawniczak称：“单细胞RNA测序为我们提供了一个窗口，让我们了解寄生虫的基因表达情况，这是其他方法无法实现的，同时也让我们更清楚地了解寄生虫的遗传多样性，即使在同一名个体内也是如此。我们希望疟疾细胞图谱这一资源能够在消除疟疾的道路上发挥越来越大的作用。”