在疟疾中施放基因组网

介绍

人类疟疾寄生虫是地球上最感染的生物之一。他们负责每年有超过2亿新案例和来自疟疾的约50万人死亡，主要是撒哈拉非洲国家五岁以下的儿童。¹感染的初始症状包括发烧，身体疼痛和呕吐。随着疾病的进展，受害者可以遭受癫痫发作，呼吸窘迫和严重的贫血。来自疟疾的死亡导致血流阻塞和氧气交换到各种器官，包括大脑。

在过去的15年里，由世界卫生组织，贝尔梅林达盖茨基金会资助的疟疾控制，根除和疾病治疗努力，以及其他人从疟疾削减了疟疾的年死亡率，以至于上一半的比例。²成功的大部分是用药物青蒿素有效疟疾感染治疗的结果。不幸的是，抗石英素抗性的株恶性疟原虫这种寄生虫导致了大多数致命的疟疾病例，它已经开始出现，这增加了最近抗击疟疾的成功可能很快就会被毁掉的可能性。

卡琳·勒罗奇，博士，加州大学河滨（UC Riverside），一直在河滨（UC Riverside），一直在研究生物学P. falciparum.二十年。她目前的研究侧重于了解生物体的基因调节事件和机制，以确定新的药物目标和有效疗法的发展。作为下一代测序（NGS）的早期采用者，Le Roch博士将系统生物学方法应用于她的研究，使得多产基因组研究和其他序列的调查途径。

要了解有关Illumina NGS系统如何用于推进UC Riverside的疟疾研究的更多信息，Conomunity与Le Roch博士和她的研究同事，Evelien Bunnik，Le Roch Lab的博士生和格伦和格伦HICKS，PHD，植物细胞生物学家和UC Riverside综合基因组生物学研究所的研究设施总监（IIGB）。

从左到右：UCR细胞生物学教授Karine Le Roch博士;Le Roch实验室的博士博士博士博士博士;IIGB研究设施总监Glenn Hicks博士。

问：什么是生命周期P. falciparum.？

Karine Le Roch (KLR):这P. falciparum.疟疾寄生虫的生命周期相当复杂，包括人类宿主和蚊子之间的几个连续阶段。在人类宿主中，无性寄生虫增殖，而蚊子是寄生虫有性繁殖的宿主，并在将寄生虫传递给其他人类时充当疾病媒介。P. falciparum.是一种单细胞真核生物，改变其形状和结构，以适应其生命周期的不同阶段，但没有人真正了解其如何调节基因表达。当你比较的时候疟原虫基因组到其他真核生物，如酵母或人类，只有三分之一的转录因子。

问:你的学习方法是什么P. falciparum.？

KLR:我们使用基因组系统生物学方法来研究寄生虫如何调节转录或后术语水平的基因表达。我们正在在2D和3D水平上看染色质结构，以及细胞核和细胞溶溶胶内的一切，以了解两个宿主中的基因调控，细胞分化和寄生虫发育。

问:您如何在您的研究中使用基因组学和NGS ?

KLR:我们可以用NGS设计许多类型的实验，我们的想象力是我们可以与技术可以做些什么的唯一限制P. falciparum.基因调控。我们使用了所有我们能想到的全基因组研究类型，包括ChIP-Seq, Hi-C, GRO-Seq, RNA-Seq, Poly-Seq和Ribo-Seq。*通过结合这些全基因组数据集，我们希望在计算水平上建立基因调控模型，并试图查明寄生虫特异性通路，以发现新的药物靶点。

“我们在之前的一些研究中使用了微阵列技术，但存在噪音和背景的问题。当我们开始使用NGS时，这些问题完全消失了。”

问：NGS如何与阵列进行比较启用您的研究？

KLR:与ngs，我们可以做任何我们想要的研究。我们可以创建一种新型的实验，并查看每个基对。我们使用微阵列进行我们以前的一些研究，并遇到了噪音和背景的问题。当我们开始使用NGS时，这些问题完全消失了。

Evelien Bunnik（EB）：例如，我们使用NGS查看3D结构P. falciparum.基因组在细胞核内。为此，我们进行了限制性酶切，然后进行连接反应，最后进行配对测序。我们将无法通过微阵列获得3D基因组结构信息。甲基化研究也是如此。

格伦希克斯（GH）：我们无法使用微阵列来查看新生的成绩单。我们正在使用NGS来执行Ribo-SEQ，以将校园的研究扩展到翻译层面。

KLR:我们依靠NGS进行染色质研究，这使我们能够检查三维水平上的染色质结构和寄生虫发育过程中的基因调控之间的关系。

问：作为UC Riverside测序核心，IIGB何时开始向UCR研究人员提供NGS服务？

GH：我们的IIGB协作资源组织实际上是预测NGS。IIGB作为具有3730xL毛细管定序器的测序核心，这是对所有平板凝胶系统的显着改进。作为毛细血管测序技术成熟，我们搬到了Illumina Genome分析仪，在2008年添加了我们的第一个基因组分析仪II。我们很快增加了一个Hissq2000系统，将其升级到Hiseq 2500系统，然后获取Miseq和nextseq.500系统。

问：从IIGB的角度来看，您从添加Illumina NGS系统到您提供的好处？

GH：Illumina NGS使我们能够以满足我们所服务的所有群体的大部分集中资源需求的方式利用排序技术。IIGB支持小组进行生物医学研究，病原体研究，植物生物学，生态学和其他研究。我们在这里进行一些人类基因组研究，但与医学院不同，我们也可能正在学习Caenorhabditis elegans.， 菌类，拟南芥或斑马鱼。作为大学的核心排序站点，我们需要快速灵活的系统，以解决尽可能多的研究需求。Karine的实验室和我们迅速增长校园的其他人使用的研究方法的宽度代表了各种NGS要求。

“nextseq 500系统具有成本效益，快速，可以序列疟疾寄生虫的富含富有的基因组。”

问:为什么要将NextSeq 500系统添加到IIGB服务产品中?

GH：Hiseq系统的8通道流电池适用于某些类型的较大规模项目。然而，除了全基因组测序项目之外，我们还会看到研究组在RNA-SEQ等分析实验中进行的趋势。NextSeq 500系统可以有效地支持这种需求。

我们每次看到更多请求对1-3个样品进行排序。累积足够的样品可以花费足够的时间来填充Hiseq流量，特别是我们不经常运行的流动细胞类型。nextseq 500系统很有吸引力，因为它使我们能够满足调查人员的需求，就像卡琳一样，他们不得不等待在Hiseq系统上测序样品。通过消除填充HISEQ流动单元的要求，NextSeq 500系统使我们能够减少在某些情况下从周甚至几个月内测序非结果样本的等待时间，只需一周或更短。小项目可以在样本收据的几天内完成，这使得可以在授予截止日期之前产生初步数据。这增加了UCR研究人员对授予资金的竞争力。

“我们一直在使用NextSeq 500系统来研究染色质结构变化与性分化之间的关系。”

问：IIGB添加了NextSeq 500系统后，您和La Roche Lab是否对采用新的测序系统在您的中间有任何疑虑P. falciparum.学习？

KLR:我们对NextSeq 500系统有些担心，因为我们认为它可能不适合AT含量高的基因组。这对我们来说是个问题，因为P. falciparum.基因组在80％左右。我们对Bisulfite-Converted库进行了lextseq 500系统进行了试验研究，以产生周围的表观遗传模式疟原虫与基因表达有关。它表现良好。

我们对NextSeq 500系统非常满意。它提高了我们的测序能力，与Hiseq 2500系统相比，数据质量没有显着差异。nextseq 500系统具有成本效益，快速，它可以序列血液寄生虫的富含富有的基因组。我们现在序列所有内容。

“...... nextseq 500系统使我们能够减少在某些情况下从几周甚至几个月内测序非结果样本的等待时间，只需一周或更短。”

问:NextSeq 500系统对IIGB服务的提供有影响吗?

GH：我们在2015年9月接收了NextSeq 500系统，并在一周内完成了安装和运行。在NextSeq 500系统上线后，这只是一个向研究人员传达信息的问题，我们有了一个新的，更快的测序器。在过去的3个月里，我们看到了被采用的显著增加，而且这个系统现在一直在运行。更快的周转使研究人员能够快速审查数据，确定下一步要做什么实验，并带回更多的样本进行测序。许多研究人员正在迅速地将他们的研究转移到NextSeq 500系统。其更高的产量每个样品和更高的多重水平，使其成本效益。我们的系统是由我们的大学管理机构支持的，它了解强大的中心基础设施的好处，以及如何将其转化为加州大学河滨分校的研究成功。

Karine的实验室一直处于向NextSeq 500系统过渡的最前沿。他们不断尝试新方法和新方法。对于这种实验性的方法，你需要快速转变;他们需要迅速得到结果，以便决定如何修改他们的实验，以便进行下一次试验。我想说的是，NextSeq 500系统提高了我们的科学家进行研究的能力，因为一切都在更快地发展。从这个意义上说，这是我们所希望的一切，甚至更多。

问：nextseq 500系统如何使您目前的疟疾研究能够？

KLR:我们需要了解如何阻止寄生虫发展及其性分化。寄生虫传输需要性成熟的配子纤维素到主体矢量。我们最近使用NextSeq 500系统来研究染色质结构变化与性分化之间的关系。

我们鉴定了与性分化相关的单倍体基因组的一些独特和非典型的染色质结构。我们希望这将导致发现寄生虫特异性药物目标。如果我们能够停止性分化，我们可以停止传播疾病。

参考文献

1. 世界卫生组织。事实表：2015年世界疟疾报告。www.who.int/malaria/media/world-malaria-report-2015/cn/访问于2016年7月6日。
2. 世界卫生组织。全球卫生观察站(GHO)数据:疟疾死亡人数。www.who.int/gho/malaria/epidemic/deaths/en/ 2016年7月6日通过。

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