在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)懷特海德研究所的研究人員在頂復(fù)門(mén)（Apicomplexa）---導(dǎo)致瘧疾、巴貝西蟲(chóng)病、隱孢子蟲(chóng)病和弓形蟲(chóng)病的單細(xì)胞寄生蟲(chóng)門(mén)---中進(jìn)行全基因組篩選。這一篩選有助認(rèn)識(shí)大量的未被研究過(guò)的寄生蟲(chóng)基因組，并且揭示為所有頂復(fù)門(mén)寄生蟲(chóng)所共有的一種蛋白。相關(guān)研究結(jié)果于2016年9月1日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A Genome-wide CRISPR Screen in Toxoplasma Identifies Essential Apicomplexan Genes”。

論文通信作者、懷特海德研究所研究員Sebastian Lourido說(shuō)，“從沒(méi)有一種真正好的方法來(lái)研究任何一種頂復(fù)門(mén)寄生蟲(chóng)中所有基因的功能。我們引入一種方法來(lái)評(píng)估整個(gè)基因組的功能。這種技術(shù)能夠被用來(lái)研究各種各樣的課題，如營(yíng)養(yǎng)獲取、對(duì)免疫壓力作出的反應(yīng)、上位性（epistasis）和遺傳相互作用等等。這是在這些寄生蟲(chóng)中開(kāi)展研究成為可能所取得的重要一步。”

美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心（CDC）估計(jì)在美國(guó)有6000萬(wàn)多人感染上剛地弓形蟲(chóng)（Toxoplasma gondii）。通過(guò)攝入來(lái)自被感染的貓糞便的弓形蟲(chóng)卵子或者吃含有弓形蟲(chóng)包囊的未煮熟的肉，它的傳播就能夠發(fā)生。在感染后，一些健康的人經(jīng)歷一個(gè)月或以上的流感狀癥狀，但是這種疾病也能夠?qū)е旅庖呤軗p的病人---包括接受移植的病人、HIV/AIDS病人、癌癥病人、老年人和年幼小孩---產(chǎn)生癲癇和潛在致命的腦炎。如果媽媽在懷孕期間被感染的話，她能夠?qū)⑦@種寄生蟲(chóng)傳播給她的胎兒，這能夠?qū)е?/span>流產(chǎn)、死產(chǎn)、她的小孩大腦或眼睛損傷或者聽(tīng)力喪失。

盡管弓形蟲(chóng)病是一種嚴(yán)重性疾病，但是根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的統(tǒng)計(jì)，另一種頂復(fù)門(mén)寄生蟲(chóng)，即導(dǎo)致瘧疾的惡性瘧原蟲(chóng)（Plasmodium falciparum），2015年殺死了40多萬(wàn)人。鑒于剛地弓形蟲(chóng)與惡性瘧原蟲(chóng)的親緣關(guān)系比較接近，剛地弓形蟲(chóng)能夠作為研究它的致命性更強(qiáng)的表親（即惡性瘧原蟲(chóng)）的模式生物。然而，對(duì)剛地弓形蟲(chóng)的研究因科學(xué)們不能夠快速地和地敲降基因（或者說(shuō)抑制基因）而一直受到阻礙。作為一種評(píng)估很多有機(jī)體中基因功能的有效工具，RNA干擾（RNAi）很大程度上不能夠在頂復(fù)門(mén)中發(fā)揮作用，與此同時(shí)，隨機(jī)突變的結(jié)果很難理解，這是因?yàn)榘l(fā)生突變的基因很難鑒定出。遺傳雜交也很難執(zhí)行，這是因?yàn)檫@種寄生蟲(chóng)的有性繁殖階段僅在貓?bào)w內(nèi)發(fā)生。

再者，利用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)改變剛地弓形蟲(chóng)的基因組也因Cas9酶的毒性而受到限制。為了克服這個(gè)障礙，Lourido團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出“誘餌”單向?qū)NA（gRNA）從而有效地降低Cas9在基因組上的過(guò)強(qiáng)活性。利用這種“削弱的”CRISPR/Cas9系統(tǒng)，他們能夠破壞剛地弓形蟲(chóng)的8158個(gè)基因，并研究它們每個(gè)的功能。這種方法鑒定出大約200個(gè)基因存在于所有的頂復(fù)門(mén)寄生蟲(chóng)中，并且這些基因在這些寄生蟲(chóng)感染人類細(xì)胞期間促進(jìn)它們保持適應(yīng)性中起著重要的作用。

在這些基因中，有一個(gè)基因編碼一種被稱作緊密連接蛋白樣頂復(fù)門(mén)微線蛋白（claudin-like apicomplexan microneme protein, CLAMP）的蛋白，它在這種寄生蟲(chóng)侵入宿主細(xì)胞中發(fā)揮強(qiáng)大的影響。為了進(jìn)一步分析這種蛋白的作用，和證實(shí)它是另一種頂復(fù)門(mén)寄生蟲(chóng)所必需的，Lourido團(tuán)隊(duì)與來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院的Jacquin Niles團(tuán)隊(duì)合作在惡性瘧原蟲(chóng)對(duì)這種蛋白的表達(dá)進(jìn)行抑制。在沒(méi)有功能性CLAMP的存在下，這些瘧疾寄生蟲(chóng)不能夠在紅細(xì)胞中生長(zhǎng)。

盡管這種全基因組CRISPR/Cas9系統(tǒng)在剛地弓形蟲(chóng)中很好地工作，但是一種等價(jià)的策略仍然在惡性瘧原蟲(chóng)是不存在的。

論文共同*作者、Lourido實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Diego Huet說(shuō)，“瘧原蟲(chóng)真地很難以相同的方式進(jìn)行操縱。這是因?yàn)樗幕蚪M富含A和T，所以很難在你想要的地方進(jìn)行切割。瘧原蟲(chóng)也缺乏DNA修復(fù)的非同源末端連接途徑，因而當(dāng)利用CRISPR/Cas9進(jìn)行切割時(shí)，需要一種修復(fù)模板。這些問(wèn)題代表著在這種寄生蟲(chóng)中開(kāi)展類似的全基因組測(cè)試時(shí)所面臨的技術(shù)障礙，使得弓形蟲(chóng)成為一種瘧原蟲(chóng)的一種更加重要的模式生物。我們能夠研究的就這么多了。”

論文共同*作者、Lourido實(shí)驗(yàn)室研究助理Saima Sidik對(duì)此表示贊同，并且補(bǔ)充道，“如今，我們能夠開(kāi)始改變這些寄生蟲(chóng)所在的環(huán)境，并且觀察它們?nèi)绾巫鞒龇磻?yīng)。我們能夠通過(guò)加入藥物、加入免疫壓力，或者嘗試使用這些寄生蟲(chóng)侵入的不同細(xì)胞類型，改變環(huán)境。我們能夠在一周內(nèi)敲降整個(gè)基因組，然而，在之前，我們一個(gè)月內(nèi)可能僅僅敲降一個(gè)基因。利用CRISPR篩選，這些可能性是*的。