寄生虫基因组计划的启动

寄生虫基因组计划的启动

1病毒基因组测序计划的启动和内涵通过测量生物的完整氨基酸序列，研究人员可以想象，并将其视为阐明生命的关键。我们不仅能很快知道组成生物所必需的最小基因数,了解基本的生物路径,而且我们也将了解怎么造就了一个病原,通过比较基因组学来揭示不同生物怎样适应其环境。由于序列测定是一个缓慢且劳动密集的过程,采用Sanger的酶法(Sangeretal.,1977a)或Maxam及Gilbert(1977)化学降解法,首先被分析的生物体是病毒,如MS2(Fiersetal.,1976),噬菌体phiX(Sangeretal.,1977b),SV40(Fiersetal.,1978),λ基因组(Sangeretal.,1982)及噬菌体T7(DunnandStudier,1983)。人类线粒体基因组(Andersonetal.,1981)是另一个重要标志,能更多地了解病毒的生命周期及其被感染宿主细胞的相互作用。之后许多对人类、动物、植物具有传染性的病毒基因组被测定。然而,测序工作是十分冗长、乏味的,只是在八十年代末期,随着自动测序时代的到来才制定了一个大胆的计划,开始了人类基因组测序这一巨大工程。自从这一计划正式由政府1990年开始实施以来,许多情况发生改变,现在几没有科学家可以忽视基因组工程的作用及其革命的影响。在作图及测序巨大的技术进步已经发生,施这一工程的费用增长及速度比预计的要快得多今后,测序工作中定量飞跃(比如Burkeetal.,1997)得分子生物学转变成生物信息学:研究结构-功(Bassetetal.,1996;Oliver,1996)及生命控制。人类因组测序的第一阶段工作已近尾声,其在诊断及治领域广阔范围内的发展、运用被寄予了极大的期望这也导致了关于序列信息专利权以及此计划和相产品伦理方面问题的激烈争论。但须提及的是人基因组其它几个方面的研究将要持续相当长时间,然,以与联系蛋白质测序-功能的巨大任务为开端以酵母工程为先导,同时研究人类多样性,人类变及进化,以及研究疾病发展,例如:癌症基因组计(/ncicgap/;http://www.br/ORESTES/),人类遗传学图谱(/),遗传紊乱及突变(http:/www.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd0.html)等。众多其它生物基因组计划的开始比起人类基因组计划为显著,而且可能是先前未预料到的情况。另一面,“小”基因组被描绘成一种“练习”,但勿需置疑是因快速激发的分子生物学家的热情的结果,上述划一旦实现即可证实人类基因计划不是一个疯狂计划(Tilghman,1996)。许多完整的基因组现已被认(/tdb/mdb/mdbcomplete.html),它许多生物,从细菌到高等真核生物,包括植物及物等模式生物基因组的序列也正在分析中。因而,以期待我们对许多不同生命形式的完整基因组的解将在近几年中惊人地增长,基因表达的调节,短及长的基因组DNA片段的相互作用,生物与其环境的相互作用,基因组进化,生命阶段的变迁,多细胞物的细胞与分子进化机制间的相互作用,细胞与分生物学的其它方面都将被彻底研究清楚。2寄生虫的结构及生物学特性正如Pena(1996)所指出的,发展中国家没有能力为人类基因组工程做出显著的贡献,尽管他们的人民极需从这一工程的可能结果中获得利益;他们占世界人口的70%,需与由感染及寄生虫引起的公共卫生问题做斗争,忍受食物匮乏,技术鸿沟在扩大。部分是为了回应以上这些情况,发展中国家及发达国家的科学家计划发启了一系列寄生虫基因组计划,并在已有合作的基础上建立了几个作图及测序这些中等大小基因组的联合组织。因而,恶性疟原虫、曼氏血吸虫、克氏锥虫、布氏锥虫、利什曼原虫、马来丝虫及其它致病线虫的基因组已在研究之中。这些计划的主要目的如下:(1)测定基因组的完整核苷酸序列,这将极大地提高对这些寄生虫的分子生物学认识,了解影响世界人口绝大多数的关键致病原。这些知识能引导控制疾病的新工具的发展。包括确认关键细胞功能的新基因,新药的适宜靶位,确认能用于诊断及发展疫苗的新抗原,或引导了解免疫调节现象。(2)从进化角度看,许多寄生生物的表现与早期真核生物具有极深的关联性,并表现出相当独特的特点及分子过程。有关其细胞及分子生物学的研究毫无疑问地能揭示出真核生物的进化历程。(3)寄生虫基因组计划将有助于建立专业性的以及南北、南南间基因组研究中作图、大规模测序、生物信息学及蛋白质结构-功能关系等方面的合作。(4)它们将为基因结构及比较生物学/进化学全面知识的了解做出贡献。从最初阶段网络系统的建立,作图努力,资源的建库(EST,GSS,噬菌体,粘粒,BAC及YAC文库建设),测序工作以基因发现为开端,很快发展到小片段染色体,现在则是整个成熟基因组阶段。蛋白质组学,功能分析,基因操控及微阵列分析分别在不同水平进行着,由于全基因组测序计划的经费是固定的,因此除了大型测序中心外,大多参与计划的实验室都开始定位于后基因组计划。为了资料的处理、注解及深层分析,生物信息学网络在包括发展中国家的范围内扩展开来。与相关寄生虫基因网络的连接将允许读者获得更详细的信息或允许对与此感兴趣的研究组织联系,获取资讯或是加入这一工作。(表1)。2.1克氏锥虫基因组计划的研究现有23225个克氏锥虫序列已在公共数据库中公开(10094EST,12247GSS,8STS,及876其他的序列),占单倍体基因组的12%,而几年前只知几百个序列,这应感谢10个国家15个实验室的联合努力。因NIH已向三家基因中心(基因研究所TIGR;西雅图生化研究所SBRI及Uppsala大学基因病理系)提供基金来完成这一被估计43.5Mb的单倍体基因组,完整的克氏锥虫基因组序列可望在4年内测定。克隆CL-Brener属于克氏锥虫Ⅱ型(人类/家庭循环),在脉冲场凝胶电泳上有32～35对染色体条带,但其大小相差可达60%。染色体Ⅲ、Ⅳ的粘粒图和染色体ⅩⅥ/ⅩⅦ及XX(大部分)的基因组物理图谱已能利用。染色体条带的几百个标志已被确定,这些标志将被扩展到一个相当大的水平并在基因组测序中被用来确定每个染色体的起始位点。EST序列分析是克氏锥虫基因组计划的近期目标之一,关于克氏锥虫的知识随之将在短时间内成倍增长。来自无感染性昆虫(无菌培养基)阶段的2个cDNA库已构建,分别为non-normalised和normalised文库,首先已有255个克隆被测定,随后产生了10013EST。聚类分析产生了1577个重叠群(毗连序列群),4231个单位(singletone)。并且,在TIGR、UPPSALA大学及SBRI通过快速累积的BAC末端测序(therapidlyaccumulatingBACendsequencing),12026GSS序列已被数据库收录,将会提供更多的序列。在UPPSALA大学(BjornAndersson),3号染色体的CL-Brener序列已被完整测定(620kb),同时它的1Mb同系物的相当大部分也被测定。该结果揭示了染色体的组成与利什曼原虫相似,但在同源染色体间可能有较高的序列改变。BAC序列将加快我们对不同染色体结构的认识。在与其它寄生虫基因组计划的相关研究中,探索性的功能分类、基元的搜寻及联系新陈代谢的图表已被欧洲生物信息研究所McotinAslett维护。在那里,可通过BLAS搜寻寻找寄生虫或克氏锥虫序列,也可进行6种翻译框架的寻找。UPPSALA大学(EST聚类)或在TIGR(BAC末端序列)提供其它BLAST服务。TcruziDB,一个综合的数据库可通过匿名方式远程登录(ftp)。此项计划的协调人及秘书分别是CarlosFrasch和WimDegrave。2.2s及1400c利什曼原虫(L.major)基因组网络选择硕大利什曼原虫为研究对象并正在进行全基因组序列的测定。目前,15571个序列已被测定(2213EST,11930GSS及1428其他)并在公共数据库中登录。完整的染色体组型(核型)已经清楚,其染色体对数超过36对。杂交分析结合粘粒文库指纹考虑了构建物理图谱,现已完成最小染色体(285kb)的整个序列测定,3和4染色体(分别370、460kb)序列测定已基本完成。另外,几个染色体(19、23、35)基因组序列测定正在紧张进行中,并获得了进一步的资金用于完成基因组极为实质性的部分。大部分的序列测定是在Sanger中心及SBRI进行的。本计划的协调人及秘书分别是JenniferBlackewll及AlIvens.2.3基因组序列测定布氏锥虫基因组计划选择布氏锥虫TREU927/4克隆系做为其分析对象,已有97376条序列在公共数据库中登录(5133条EST、91319条GSS、924条其它序列)。TIGR的基因组序列测定进展迅速(GSS,P1及BAC末端,估计达37000条),另外,Ⅰ和Ⅱ染色体的测序已接近完成,完成的序列已达1.2及1.3Mb;Ⅳ及Ⅵ染色体的测序也在进行。大多数基因组测序经费有保障。此计划的协调人及秘书分别是JohnDonelson及SaraMelville。2.4蛋白质序列的分类许多计划及网络已建立起来,以开展锥虫基因组后基因组分析,包括大规模序列注解数据库的建立、微阵序列分析、蛋白质组学以及新的遗传学工具