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# 生物学# ゲノミクス

寄生虫のワームにおける薬剤耐性の新たな洞察

研究によると、寄生虫の遺伝的要因が治療の効果に影響を与えることがわかった。

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目次

寄生虫のワーム、特に線虫科に属するものは、家畜や人間にとって大きな問題を引き起こすんだ。このワームたちは、彼らを殺すために設計された薬、いわゆる駆虫薬に対してすぐに抵抗性を持つように変化することができる。この抵抗性は広がっていて、動物を健康に保ちたい農家や獣医にとって大きな課題になってるんだ。これは、人々の感染を制御するためにこれらの薬に頼っている公衆衛生プログラムにも影響を与える。

こういったワームがどのように薬に対して抵抗性を持つようになるのかを理解することは、これらの感染症を管理し、治療するためのより良い方法を開発するために重要なんだ。研究者たちは、抵抗性に寄与する遺伝的要因の特定において重要な進展を遂げてきた。しかし、この進展があっても、遺伝子に基づく信頼できる検査を作成するのが難しい知識のギャップがまだ残ってる。

ゲノム研究の重要性

最近のゲノム技術の進歩によって、科学者たちはこれらの寄生虫ワームの遺伝的多様性についての洞察を得ることができた。研究によれば、これらのワームの異なる集団内には多くの遺伝的変異があることが示されてる。抵抗性のある株と感受性のある株の間のほとんどの遺伝的違いは、直接的に抵抗性に関連しているわけではなく、むしろ異なる集団のユニークな進化的経路を反映しているんだ。

ゲノム研究は、異なる抵抗メカニズムを区別するのに役立つ。いくつかの抵抗性の特徴は特定の遺伝子に関連している一方で、他のものは遺伝的背景の混合から生じて似たような抵抗特性を持つことがある。例えば、一般的に使われるワームモデルでは、抵抗性に関連する遺伝子に明確な変異が観察されていて、寄生虫ワームのこれらの変異を特定するためのさらなる研究が必要とされている。

ケーススタディ:テラドーサギア・サーカムシンクタ

重要な寄生虫ワームの一つがテラドーサギア・サーカムシンクタで、これは羊やヤギなどの小型反芻動物に感染する。農家にとって大きな懸念であり、治療に対する抵抗性を発展させることで健康問題や経済的損失を引き起こしている。この感染症は、食欲不振、体重減少、下痢、ひどい場合には死亡につながる深刻な症状を引き起こすことがある。

T. サーカムシンクタの抵抗性の遺伝学を研究するために、研究者たちはこのワームの特定のUKの分離株のゲノムを配列決定した。彼らは、異なる種類の駆虫薬に対する抵抗性に関連する遺伝的領域を特定することを目指していた。この新しいゲノムアセンブリは、以前の断片的なバージョンに比べてより完全な画像を提供し、継続中の研究において貴重な資源となっている。

ゲノムのアセンブリと分析

T. サーカムシンクタの新しいゲノムアセンブリは、高度な配列決定技術を使用して作成され、高品質で連続した表現を生成した。このアセンブリはいくつかの染色体構造で構成されていて、生物の遺伝的配置をより明確に理解することができる。新しいゲノムを既存のデータと比較することで、研究者たちは重要な遺伝的特徴を特定し、薬物選択の進化的影響についての洞察を得た。

研究では、さまざまな薬物クラスに対する抵抗性に関連する多くの遺伝子が発見された。新しいアセンブリと以前のアセンブリを比較すると、新しいアセンブリはより完全で、T. サーカムシンクタの遺伝的構成をより良く反映していることがわかった。22,000以上の遺伝子が特定され、生物の生物学の明確な視点を提供している。

遺伝的変異と薬物抵抗性

新しいゲノムは、研究者が遺伝的変異が薬物抵抗性とどのように相関しているかを調べるのを可能にした。フィールド集団やラボ研究など、さまざまなソースからのデータを分析することで、薬物治療に応じた遺伝的変化のユニークなシグネチャーが特定された。

例えば、イベルメクチンでの治療前後の2つのUKの農場で行われた比較では、顕著な遺伝的変化が明らかになった。これらの変化は、ワームが薬物への直接的な曝露に反応して抵抗性を発展させたことを示唆している。異なる遺伝的領域が抵抗性の潜在的なマーカーとして特定されていて、これらの生物が治療に対して生き残るために適応する方法の複雑さを示している。

特定の遺伝的変化

研究の主な焦点の一つは、ベンゾイミダゾール、レバミゾール、イベルメクチンの3つの主要な薬物クラスに対する抵抗性に関連する特定の遺伝的変化を特定することだった。研究では、ベンゾイミダゾール抵抗性に関連する共通の遺伝子マーカーが見つかり、これはこの種の抵抗性に関連して確立されたベータ-チューブリン遺伝子の変化を含む。

対照的に、レバミゾール抵抗性のための類似の遺伝子マーカーを探す努力は行われたが、研究はゲノム内に合意のピークが不足していることを示している。これは、レバミゾール抵抗性のメカニズムが異なる可能性があり、さらなる探求が必要であることを示唆している。

イベルメクチン抵抗性に注目

イベルメクチン抵抗性は特に懸念されていて、これは寄生虫感染の制御に広く使用されている。ゲノムデータは、イベルメクチン抵抗性に関連する染色体5上の著名なピークを明らかにし、薬物に対する特定の遺伝的反応を示している。このピークは、ワームが抵抗性を進化させる方法において重要な遺伝的要素を含んでいると考えられている。

ゲノムデータのさらなる分析では、他の領域も抵抗性に寄与している可能性があることが示された。イベルメクチン治療に関連する複数のピークと遺伝的変異の特定は、これらのワームにおける遺伝的適応の複雑な性質を強調している。

管理戦略への影響

T. サーカムシンクタにおける薬物抵抗性の遺伝的基盤を理解するための継続的な作業は、これらの寄生虫を制御するために重要な意味を持つ。抵抗性に関連する特定の遺伝子マーカーを特定することによって、研究者たちはこれらのワームが治療にどのように反応するかをよりよく予測でき、感染管理のためのより効果的な戦略を開発できる。

さらに、異なるワームの集団間の遺伝的関係を理解することは、抵抗性の広がりを追跡するのに役立つ。この情報は、農家や獣医が治療プロトコルや薬のローテーション戦略についての情報に基づいた決定を下すのに重要なんだ。

結論

要するに、T. サーカムシンクタのゲノム分析は、薬物抵抗性の遺伝学に関する貴重な洞察を提供した。抵抗性に関連する遺伝的変異の特定においては多くの進展があったが、これらのメカニズムの複雑さは継続的な研究の必要性を強調している。高品質なゲノムアセンブリの開発は、動物や人間における寄生虫感染を管理するための努力において重要な一歩を示している。抵抗性を駆動する遺伝的要因に続いて注目することで、より持続可能で効果的な制御手段を作成するのに役立ち、最終的には動物の健康と農業産業全体に利益をもたらすことができるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Chromosomal genome assembly resolves drug resistance loci in the parasitic nematode Teladorsagia circumcincta

概要: The parasitic nematode Teladorsagia circumcincta is one of the most important pathogens of sheep and goat farming in temperate climates worldwide and can rapidly evolve resistance to drugs used to control it. To understand the genetics of drug resistance, we have generated a highly contiguous genome assembly for the UK T. circumcincta isolate, MTci2. Assembly using PacBio long-reads and Hi-C long-molecule scaffolding together with manual curation resulted in a 573 Mb assembly (N50 = 84 Mb, n = 1,286) with five autosomal and one sex-linked chromosomal-scale scaffolds consistent with its karyotype. The genome resource was further improved via annotation of 22,948 genes, with manual curation of over 3,200 of these, resulting in a robust and near complete resource (96.3% complete protein BUSCOs) to support basic and applied research on this important veterinary pathogen. Genome-wide analyses of drug resistance, combining evidence from three distinct experiments, identified selection around known candidate genes for benzimidazole, levamisole and ivermectin resistance, as well as novel regions associated with ivermectin and moxidectin resistance. These insights into contemporary and historic genetic selection further emphasise the importance of contiguous genome assemblies in interpreting genome-wide genetic variation associated with drug resistance and identified key loci to prioritise in developing diagnostic markers of anthelmintic resistance to support parasite control. AUTHOR SUMMARYUnderstanding the genetics of anthelmintic resistance is a critical part of the sustainable control of parasitic worms. Here, we have generated a chromosome-scale genome assembly for the gastrointestinal nematode, Teladorsagia circumcincta, one of the most important pathogens of sheep in temperate climates worldwide. This genome and its annotation offers a substantial improvement over existing genetic resources, and will enable new insight into the biology for this parasite and new opportunities to characterise therapeutic targets such as drug and vaccine candidates. We used this resource to map genetic variation associated with resistance to multiple anthelmintic drug classes used as the primary means of parasite control, confirming known candidate genes and variants (i.e., beta-tubulin isotypes 1 and 2 associated with benzimidazole resistance, and acr-8 associated with levamisole resistance, and pgp-9 copy number variation, of which overexpression is associated broadly with anthelmintic resistance) and revealing new regions of the genome associated with drug treatment responses (i.e. 34-38 Mb on chromosome 5 associated with ivermectin resistance). Our results highlight the importance of a contiguous genome assembly and the use of complementary experimental approaches to reveal the impact of drug-mediated selection, both historically and directly in response to treatment, on genome-wide genetic variation.

著者: Stephen R. Doyle, J. McIntyre, A. Morrison, K. Maitland, D. Berger, D. R. G. Price, S. Dougan, D. Grigoriadis, A. Tracey, N. Holroyd, K. Bull, H. Rose Vineer, M. J. Glover, E. R. Morgan, A. J. Nisbet, T. McNeilly, Y. Bartley, N. Sargison, D. Bartley, M. Berriman, J. Cotton, E. Devaney, R. Laing

最終更新: 2024-07-23 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.22.603261

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.22.603261.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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