「トランプを考えてみてください」とダン・ラレモアは言いました。ハサミを使って 52 枚のカードを細かく刻みます。それらを空中に投げます。カードの紙吹雪が降り注ぐので、ピースは元の場所から離れています。それらを 52 枚の新しいカードにテープで貼り付けます。それぞれが元のカードのモザイクです。 48 時間後、繰り返します。
熱帯熱マラリア原虫のプロセスを再現しました。 免疫システムを回避するために使用します。 P.熱帯熱病 は世界で最も危険なマラリア原虫であり、毎年 60 万人が死亡し、5 歳未満の子供の死亡数は、地球上のどの感染症よりも多い.応用数学者であるラレモアは、現在のハーバード T.H.チャン公衆衛生大学院
各カードは、宿主の血管の壁に付着するタンパク質の遺伝子を表しており、寄生虫が脾臓に引きずり込まれないように固定し、そこで検出されて破壊されます。各熱帯熱マラリア 寄生虫にはこれらの var が 50 ～ 60 個あります 時間の経過とともに、寄生虫は次から次へと変化する顔を免疫細胞に提示し、血管にくっついているのを発見する可能性があります.しかし、この戦術の最高の栄光は、寄生虫が数日ごとに分裂するとき、遺伝子のチャンクとスニペットが染色体の上下で場所を交換することです。 500 匹の寄生虫のうち 1 匹で、このプロセスによってまったく新しい遺伝子が生成されます。そこに寄生虫の数があると、それはすぐに合計されます. "それはクレイジーです。 var の総数を意味します 世界中の遺伝子配列は何百万もあり、事実上無限です。
しかし、ラレモアと彼の共同研究者からの新しい証拠は、これらの遺伝子の逆説的な安定性を明らかにしています。 Nature Communications の最近の論文では、 var の間、 遺伝子自体は決して繰り返されることはなく、その中の DNA の短い配列 (切り取られたカードの断片) は、何百万年もの間別々だった種間で共有されます。 var のクレイジーなリメイクには限界があることを示唆しているため、一部のマラリア研究者は希望を感じています。
スライスとダイシング
「私たちは基本的なことを知りたいのです」と、ハーバード T.H. Chan School of Public Health および新しい研究の共著者。 「他よりも病気を引き起こす特定の寄生虫はありますか?それらは進化的に互いに関連していますか？ …これらの質問は、ほとんどの病原体では答え方がわかりますが、[マラリアでは]答えがありません。なぜなら、これらの遺伝子を互いに比較する方法がわからないからです。」
このようなタスクの通常のツールは系統樹です。ツリーの根元には遺伝子の最も古いバージョンがあり、その娘が小さな違い (ここでは 1 つの DNA 塩基の変化、あちらでは 1 つの塩基の変化) を生じると、それらは別々の枝になります。ツリーは、遺伝子を隣り合わせに並べ、各 DNA 塩基の違いをチェックすることによって構築されます。この木は、インフルエンザのようなウイルスの遺伝子の分岐を研究するのに役立ってきました。ウイルスはまさにそのような突然変異のプロセスによって変化します.
マラリア研究者もそれらを使用していますが、結果はまちまちです。 var のペア 遺伝子は共通の 30 個の DNA 塩基のチャンクを持っている可能性がありますが、そのチャンクが 1 つの遺伝子の先頭と別の遺伝子の最後にある場合 (これはシャッフル プロセスで常に発生します)、ツリーはそれを違いと呼びます。共通性。チャンクがたまたま両方の遺伝子の同じ場所にある場合、ツリーは遺伝子が最近分岐したことを示しますが、チャンクは 2 日前に 1 つの遺伝子に到着し、1 年前に別の遺伝子に到着した可能性があります。これはすべて var から構築されたツリーを意味します。 遺伝子はせいぜい解釈が難しく、最悪の場合、誤解を招き、存在しない関係をほのめかします。 「ドロドロです。それは専門用語です」と、ニューヨーク市のアメリカ自然史博物館のマラリア研究者、Martine Zilversmit は冗談を言いました。
ただし、これらの遺伝子を比較したい場合、他に多くの選択肢はありません。 「『これは私たちが持っているツールだ』というケースであり、誰もが自分のデータをツールに詰め込みました」と Buckee 氏は述べています。Buckee 氏は、共同研究者であり、現在はコンピューター サイエンスの教授である Aaron Clauset 氏と別のアプローチについて最初に話し始めました。 2 人がポスドクだったとき、ボルダーのコロラド大学で。
2012 年、現在ニューメキシコ州のサンタフェ研究所にいるラレモアは、バックキーとクローセットと共にポスドクの地位に就き、彼がよく知っている分野であるネットワーク分析が、マラリア原虫の歴史を追跡する別の方法を提供するのに役立つかどうかを試してみました。 .ネットワーク分析では、共通点を持つノード間のリンクを描画し、根底にあるパターンを明らかにできるダイアグラムを生成します。リンクされたノードは、ソーシャル ネットワークの友人である人々、同じ人々を苦しめる病気、またはシーケンスのチャンクを共有する遺伝子である可能性があります。
var のネットワークを作成すると、 遺伝子は、特定の長さのチャンクを共有する場合にのみ接続され、共通性が飛び出します。 Buckee、Larremore、Clauset は 2013 年に論文を発表し、そのようなネットワークが P によって共有される同一のシーケンスを選択できることを示しました。熱帯熱病 さまざまな大陸からの寄生虫。これらの関係を明確に見ることができることは、研究者がそれらがどのように、そしてなぜ発生したかを理解するのに役立ちます.遺伝子ペアの共通チャンクの数が多いということは、それらが最近の祖先を共有していることを意味するか、それらが産生するタンパク質が免疫系と相互作用する同様の方法を持っていることを示している可能性があります.チャンクはまた、現代の寄生虫がまだ持ち歩いているカットアップ カード ピースの祖先キャッシュの証拠である可能性もあります.
var かどうかを調査するには 遺伝子は他の寄生虫種に存在し、存在する場合は、P.熱帯熱病 、研究者は野生の類人猿からのマラリア原虫のサンプルを分析しました。彼らは、ジャングルで採取された糞便とサンクチュアリ チンパンジーの血液から寄生虫を使用し、5 つの Plasmodium から DNA 配列を組み立てました。 var を持つことが既に判明している種を含む、ゴリラとチンパンジーに感染する種
彼らは幸運だった:var 彼らが検索した遺伝子マーカーは、少なくとも 3 つの種で見つかりました。 var を意味するので、それ自体が興味深いです。 デンマークのコペンハーゲン大学の生物学者 Thomas Lavstsen によると、遺伝子ファミリーは古い — 古代でさえあり、遺伝子を研究しているが研究には関与していない.
チームがネットワークを作成したとき、彼らは別の驚くべきことに気付きました。 変数 遺伝子は、何百万年にもわたる進化 (何百万年にもわたるスライスとダイシング) にもかかわらず、最も可変性の高い領域のチャンクを互いに共有していました。チンパンジーの寄生虫 P.ライチェノウィ 特に P とは非常に多くのつながりがありました。熱帯熱病 var の多くの場所で 遺伝子、それらは区別できません。 「つまり、」クラーセンは言いました。 遺伝子マーカー]、それが reichenowi 由来かどうかはわかりません または熱帯熱マラリア .」
これは、何百万年もの間、var 遺伝子は無差別に自分自身を切り刻むのではなく、切り取りによって生み出された遺伝的多様性を維持してきました。それには十分な理由があることが判明しました。免疫システムが var の 1 ビットを認識し始めるとすぐに 遺伝子、寄生虫は新しいバージョンを小走りに出します。しかし、しばらくすると、古いビットは免疫システムが認識できなくなるほど稀になり、破壊されずに隠されている場合、寄生虫はそれを再び持ち出すことができます.基本的に、この発見は、これらの古いチャンクが「進化の謎に沈むことを許されていない」ことを示している、と Zilversmit は述べた。
保存された破片は、遺伝子の多様性に限界があることの兆候でもある、と Lavstsen は示唆した。 var の場合 タンパク質が変化しすぎると、血管にくっつくことができなくなります。これらの塊が何年にもわたって立ち往生しているという事実は、それらがタンパク質がまだ機能する構造オプションの選択された範囲の一部であることを示しています.新しい研究は、var を超える進化空間の境界をスケッチします。 遺伝子は、その機能を失わずに冒険することはできません。 「これは、研究者がワクチンの開発に取り組んでいるときに、配列の多様性をどれほど恐れるべきかということを示唆しています」と Lavstsen 氏は述べています。
マラリアワクチンの研究者なら誰でも言うように、その特定の狂気への方法を見つけることは大歓迎です. 「本格的なマラリア ワクチン プロジェクトが 40 年、45 年にわたって行われてきました」と Zilversmit 氏は述べています。 「そして、それは本当にゆっくりと進んでいます。」ワクチンは、感染から感染まで変化しない病原体タンパク質の断片に免疫系をさらすことで、次にそのタンパク質に遭遇したときに免疫系が攻撃するようにします。ほとんどのウイルスでは、これは合理的なアプローチです。マラリアの場合、それはほぼ不可能です。最近の論文で明らかにされた共有配列でさえ、ワクチンの有用な標的となるほど頻繁には繰り返されていないと、Lavstsen は述べた。 「このプラスネジをマイナスドライバーで緩めようとしています。適切なツールではありません」と Zilversmit 氏は述べています。
どういうわけか、マラリア流行国の多くの人々は、思春期までにこの病気に対する自然免疫を獲得します。研究者は、免疫システムが var- を認識することによってそれを行うことさえ知っています。 遺伝子タンパク質。難しいのは、人為的にそれを行う方法を見つけることです.
Lavstsen は、タンパク質を生成する遺伝子よりも変化しにくいタンパク質の全体的な形状が、自然免疫を付与する際に免疫系が認識しているものである可能性があると考えています。これは、特定の配列よりも優れたワクチン標的になる可能性があると彼は述べた.トランプの類推を当てはめると、カードの表面のパターンではなく、カードの長方形の形状を認識するように免疫システムを刺激することが可能性を秘めている可能性があります。
ケンブリッジ大学のマラリア研究者であるピーター・ブル氏は、この研究で最も注目に値することの 1 つは、var の歴史に関する視点であると付け加えています。 大型類人猿の遺伝子ファミリー。 「これは、この遺伝子ファミリーが非常に長い間、霊長類の集団にどのように存在してきたかを示す良い例です」と彼は言いました. 「これは、化石記録で確認されたこれらすべての新しい人間のような種の考えに適合します。ある時点で、私たちと非常によく似た霊長類がもっとたくさんいたかもしれません。おそらく彼らは皆、この種の寄生虫を持っていたのでしょう。」
有能な殺し屋
var という認識の高まり 遺伝子は P に限定されません。熱帯熱病 研究者は、遺伝子の恐ろしい力を再評価するようになりました。ドグマは長い間 var でした 遺伝子は深刻な病気の前兆です。 P.三日熱 、遺伝子を持たず、重症度の低い病気を引き起こします。 「ファルシパルム ユニークでした」と Zilversmit 氏は述べています。 「これが私たちが構築した神話でした。」
しかし、チンパンジーの寄生虫が var を持っていることが数年前に明らかになったとき、 研究者たちは、彼らが正しい考えを持っているかどうか疑問に思い始めました。そして、新しい研究は、これらの遺伝子の有無だけでなく、物語がより複雑である可能性があるという考えを補強しています. falciparum の 1 つ 最悪の傾向は、var で脳の細い血管に引っかかることです。 遺伝子タンパク質。それは患者、主に子供と妊婦を昏睡状態に陥らせ、そこから目覚めることはありません。研究者が他の大型類人猿のマラリアについて知っている限られた量からすると、この脳マラリアが var に感染した類人猿で発生することは明らかではありません たとえ遺伝子が同じ種類のタンパク質を生成するように見えても、遺伝子を持つ寄生虫.
「それは、あなたが尋ねなければならない質問の種類を変えます」と Zilversmit は言いました。 「熱帯熱マラリアについて何かありますか? の var 特にそれらを悪くする遺伝子は？たぶん、それは人間自身ともっと関係があるのかもしれません—寄生虫ではなく、宿主と関係があるのかもしれません.実際、それはおそらくこれらの両方のほんの一部です。 … [しかし] 調べるには、もっと詳しく調べる必要があります。」
Larremore と Buckee は、ネットワークに関する知識を利用して、遺伝子に関する他の疑問に答えたいと考えています。人が若いときにマラリア原虫にさらされると、それらに対する免疫応答にどのように影響するか var たとえば、遺伝子？ノードが患者から var に至るまでのネットワークを構築することによって 研究者が明らかなパターンを観察できる可能性があります。その研究はまだ初期段階にあり、「私たちは、私たちが脱出するというシグナルを信じるべきだと自分自身に確信させるためにまだ取り組んでいます」と、ラレモアは言いました。 「これは、ネットワークが提供する別の機会だと思います。」
