主要寄生蠕虫的比较基因组学

一个由科学家组成的国际联合会将现有的蠕虫基因组数量增加了一倍多，产生了一个宝贵的基因组数据资源。这些数据被挖掘出来，以获得对蠕虫进化和代谢以及众多潜在药物靶点的迷人见解。

寄生蠕虫属于线虫和扁形虫两个蠕虫门之一。线虫种类繁多，几乎随处可见，从深海的冷泉到南极洲的干燥山谷，在地壳深处3公里处都有发现。2003年，哥伦比亚号航天飞机不幸解体后重新进入地球大气层，在残骸中甚至发现了活的线虫。虽然有些线虫是自由生活的，但许多是动物、植物和真菌的寄生虫。扁形虫门包含至少15000种已知的寄生虫，分为两个寄生纲：绦虫（绦虫纲）和吸虫（吸虫纲）。扁形虫也包括众所周知的（非寄生）扁形虫（扁形虫）。

这些蠕虫对人类的影响是深远的：寄生蠕虫感染多达四分之一的地球人口，并导致疾病，往往是毁容，衰弱，痛苦。这些疾病包括血吸虫病、象皮病、河盲症和其他许多常常对低收入国家造成不成比例影响的疾病。此外，蠕虫是可怕的农业病原体，在畜牧业和农作物种植业造成生产损失。

在《自然遗传学》最近的一篇论文中，一组科学家对45种蠕虫的基因组进行了测序、组装和注释，使现有蠕虫基因组的数量增加了一倍多。目的是比较不同物种间的基因和基因家族，以帮助确定共同特征、潜在的药物靶点，并观察寄生过程。

利用81个蠕虫基因组（包括先前发表的基因组），共收集到160万个基因，其中140万个被归入约10万个基因家族（通过共享一个共同祖先而相关的基因）。通过不同物种间的比较研究了这些基因的进化史。其中一个关键的方面是寻找在基因家族中发生的扩展。想象一下你试图通过比较木匠和普通人来识别木匠。如果你看看我的工具箱，你会发现一些灰尘，一把古老的锤子和一把螺丝刀。然而，如果你看一个木匠的工具箱，你会看到大量的专业和多样化（但相关）的工具。使用这个逻辑，你可以通过观察木匠相对于非熟练的外行的功能特征来确定潜在的木匠。

同样地，木匠的技艺比我橱柜里的工具要多得多，一组物种相对于另一个物种的基因扩增鉴定表明，这组基因正在做一些有用的（或至少有趣的）事情，可能需要进一步的研究。并不是说单个基因不起重要作用，而是扩张更容易被发现。

寄生在多种蠕虫谱系中独立进化。这些物种的基因和代谢途径的进化似乎反映了这一点，作者报告了与寄生过程有关的基因家族的扩展，以及寄生虫代谢的潜在变化，以适应蠕虫的环境。有趣的是，作者发现基因膨胀和代谢改变的例子是独立发生的，但有共同的特点。这些例子表明，尽管寄生在不同物种中已经进化了多次，但它们寄生生活方式的共同特点推动了彼此相似的适应能力的发展。例如，如果两个物种（独立地）进化成寄生虫，它们都需要避免宿主的免疫反应。由于这两个不同的物种必须做相似的事情，因此适应可能彼此相似。

线虫SCP/TAPS基因家族的扩展就是一个例子。该基因家族广泛参与了蠕虫寄生虫的致病过程，并在多个独立的寄生线虫群中进行了大规模的扩展。另一个例子是旋毛虫和丝虫病中甘氨酸裂解途径的独立丢失，这两种寄生虫都是组织寄居的寄生虫。

作者还希望利用基因组数据来确定潜在的驱虫药物和药物靶点。为此，作者筛选了ChEMBL——一个含有蠕虫蛋白序列的药物和生物活性化合物数据库，以查看它们是否与数据库中的任何潜在药物靶点匹配。最终结果集包括5082种药物和类药物化合物的库。研究结果经过提炼后，他们确定了40个与720种药物和类药物相关的高优先级药物靶点。这些数据有助于改变现有药物和正在试验的药物的用途，并为抗药性筛选提供更广泛的药物化合物基础。

全基因组测序的难度越来越大，成本越来越低，这就导致了生物序列数据丰富的尴尬。在这里，作者提出了一个例子，说明这些数据是如何如此有价值，使用大量的蠕虫基因组序列来提供对蠕虫寄生的遗传和代谢基础的见解，以及确定一组潜在的治疗化合物。这样的研究将随着序列数据的不断积累而增加数量和能力，从而允许更密切相关的分类群之间进行更精细的比较。