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此研究要点

概要

?　大阪市立大学医学研究生院寄生虫学金子明（かねこ あきら）教授的科研团队和长崎大学热带医学研究所金子修（かねこ おさむ）教授、长崎大学热带医学?全球健康研究科北洁（きた きよし）教授的研究团队协同伦敦大学卫生热带医学研究生院、肯尼亚山大学（Mount Kenya University）开展了共同研究，为展示肯尼亚西部?维多利亚湖地区疟疾原虫基因组多样性的基线，调查了肯尼亚两个岛（Mfangano岛和Ngodhe岛）和本土内suba地区的小学的疟疾情况。
　此研究以长崎大学－伦敦大学卫生热带医学研究生院国际连携全球健康专业的博士生Ashley Osborne氏为中心开展，先使用培养株化原虫和浸入滤纸的血液样本，确定好原虫的全基因组序列数据，再同肯尼亚和非洲大路已获得的原虫全基因组序列作了比较。群体结构解析显示：维多利亚湖地区热带热疟疾原虫在东非形成了独特的子群。
　此外还观察到：此区域的热带热疟疾原虫中存在已获知的抗药性标记，这几乎同乌干达、坦桑尼亚等其他东非原虫群体观测的频繁性相等。此研究首次利用全基因组序列数据对维多利亚湖地区疟疾原虫遗传性多样性作出评价，对今后从原虫遗传学角度评价消除疟疾的介入试验的效果有重要作用。
　此研究成果刊载于2021年10月6日的《Scientific Reports》在线版。此研究属于金子明教授担任项目负责人的、长崎大学热带医学研究所肯尼亚据点等发挥作用的、在当地开展的SATREPS（地球规模课题应对国际科学技术协力项目）“构筑零疟疾社会可持续发展的地区主导型统合战略领域融合研究项目、2020－2025”中实施的介入研究的基础研究。

研究背景

　2000年前后，疟疾感染人数和死亡人数在全球都呈现减少的趋势，但2016年以后，这种趋势放缓了。COVID-19这一全球大流行病造成压制疟疾肆虐的项目陷入停滞，流行病学调查和解释疟疾原虫群体结构重要性的研究切断，全基因组序列解析对于全面解释维多利亚湖这样感染率高的地区热带热疟疾原虫群体遗传学多样性就成为非常有用的方式。尤其是已确立的基因座抗药性标记、群体特异性基因标记依靠低成本序列基的检测手段得以成功检测，这使得在低资源环境下也能应用，因此可以寄希望于今后全基因组序列解析获得的信息应用于这类设备手段的实际应用。

研究内容

?　此研究为显示维多利亚湖地区疟疾原虫基因组多样性介入试验前期状况，选取了2个岛屿（Mfangano岛和Ngodhe岛）和本土内suba地区小学，调查了肆虐的疟疾，使用获取的血液样本及从中分离出的培养株，规定了热带热疟疾原虫（Plasmodium falciparum）的全基因组序列，将此序列于公布于Pf3K项目（https://www.malariagen.net/parasite/pf3k）中的肯尼亚与非洲大陆已知的全基因组序列作了比较。群体结构解析比较的结果证实：从肯尼亚维多利亚湖地区分离出的热带热疟疾原虫已经形成了不同于东非群体的子群（图1），祖先的起源也不同。维多利亚湖分离株中以很高比例含有来自中非和东非的原虫群体相关的祖先的基因组片段（图2）。此解析結果同现在主流的热带热疟疾原虫起源假说一致，都主张热带热疟疾最初发自中非，由早期人类活动扩散，最终扩散到非洲大陆其他地区。
　此外，通过解析各地区原虫群体遗传性差异，证实维多利亚湖子群和非洲地区群体含有特有的一盐基多型结构（SNPs）。这些标记使得两种SNPs结构可以结合起来用作判断主要传染路径和原虫移动的分子监控手段，这两种SNPs一种是提供地区或大陆级别的解析度的群体特异性细胞器SNPs，另一种是用于评价感染强度的原虫抗原基因（如：Pfmsp1和Pfmsp2）SNPs。

　图１ 东非(EAF)、中非(CAF)、南中非(SCAF)、东南非洲(SAF)、西非(WAF)各地区与维多利亚湖岛屿地区(LV islands)、维多利亚湖内陆地区(LV mainland)分离出的784株热带热疟疾原虫中获取的940,191个含SNPs的结对（pair-wise）遗传性距离行列制成的、（A）主成分分析（PCA）、与（B）Neighbour-Joining (NJ) tree。

　图2 非洲大陆热带热疟疾原虫的地区群体全基因组混血的祖先比例。(A) 非洲大陆祖先群体祖先系数分布图。(B)各地区群体（列）没株分离株（行）的祖先比例。

　维多利亚湖的分离株中观测到已知抗药性标记的频率几乎等同于其他东非原虫群体，证实氯化奎宁的抗性标记存在于维多利亚湖分离株和东非多处地区的分离株内。如果通过药剂去除掉选择压力，整个非洲的原虫群体的氯化奎宁感受性就能恢复，但抗性标记的频度在缓慢降低，因此为维持这些多型而产生的适合度代价会低，或被无视。此外，还发现了数个乙胺啶啶（SP）的抗性标记，其中3个的生物标记（Pfdhfr的N51I和S108N、Pfdhps的K540E）在群体内几乎都得以固定。“怀孕时感染疟疾后的间断性预防治疗（IPTp）”中持续使用SP这一行为，对维持这些多型构成了完全选择压。Pfap2mu的S160N/T变异首次发现于肯尼亚的儿童中，这些地方以青蒿素为基础的并用疗法（ACT）的除虫手段应用比较落后，此次研究还观测到此变异的存在频度等同于东非其他地区。为证实Pfap2mu多型对ACT产生抗性发挥的作用，虽然还需要对in vivo和in vitro进行更深入的研究，但在多个地区发现此变异，说明in vivo和in vitro是检测抗药性的重要标记。

预期效果

　此研究梳理了阻碍消灭疟疾项目产生效果的潜在课题，为维持消灭效果的有效性，重要的是监测抗药性出现和扩散时的原虫群体，还需要理解这些地区内原虫群体的动态。此研究首次利用全基因组序列数据对维多利亚湖地区疟疾原虫遗传性多样性作出评价，对今后从原虫遗传学角度评价消除疟疾的介入试验的效果有重要作用。

今后进展

　现在已经在此研究的对象地区部分实行了介入试验，计划实行的介入试验还包括经济学上的介入，如实行新型媒介的驱蚊对策。敦促居民改变行为习惯，或推行室内残留型杀虫剂喷雾等。我们也将用相同方法对这些试验获得的原虫标本确立全基因序列，将此序列数据同此研究成果进行比较，以期检证上述介入试验对疟疾原虫群体产生的影响、产生效果的地区特性。

掲載誌情報

【杂志名】?Scientific Reports
【论文名】Characterizing the genomic variation and population dynamics of?Plasmodium falciparum?malaria parasites in and around Lake Victoria, Kenya
【作　者】Ashley Osborne, Emilia Manko, Mika Takeda, Akira Kaneko, Wataru Kagaya, Chim Chan, Mtakai Ngara, James Kongere, Kiyoshi Kita, Susana Campino, Osamu Kaneko, Jesse Gitaka & Taane G. Clark
【U R L】https://doi.org/10.1038/s41598-021-99192-1

资金信息

此研究获得如下资金资助开展。
金子 明：科研经费?(JP18KK0248、JP19H01080), JICA/AMED joint research project (SATREPS) (20JM0110020H0002)
金子 修：科研经费?(JP19KK0220) Ashley Osborne：长崎大学卓越研究生院项目?Susana Campino：Medical Research Council UK (MR/M01360X/1), BBSRC UK (BB/R013063/1)
Jesse Gitaka：Tackling Infectious Burden in Africa (TIBA) fellowship, the African Academy of Sciences
Taane G. Clark：Medical Research Council UK (MR/K000551/1, MR/M01360X/1, MR/N010469/1, MR/R020973/1), BBSRC UK (BB/R013063/1)